120836 schulbuch kunststoffe · 2018-11-05 · kunststoffe, werkstoffe unserer zeit herausgeber...
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18. AUFLAGE
KUNSTSTOFFE, WERKSTOFFE UNSERER ZEIT
HERAUSGEBER
Arbeitsgemeinschaft Deutsche Kunststoffindustrie
Mainzer Landstraße 55, 60329 Frankfurt am Main
Telefon +49 69 25561303
18. durchgesehene Auflage
2
Einzelarbeit oder Hausarbeit
Gruppenarbeit
Klassengespräch
Hinweis auf Sonderinformation
Sonderinformation
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EINLEITUNG
In diesen Arbeitsunterlagen wird euch die Welt der Kunststoffe in vier Kapiteln
vorgestellt:
Teil A Die Welt der Kunststoffe 4–31
Teil B Vom Rohstoff zum Kunststoff 32–51
Teil C Vom Kunststoff zum Fertigprodukt 52–71
Teil D Kunststoffe und Umwelt 72–93
Die grauen Kästen heben Merksätze hervor. Die Arbeitsvorschläge (farbige Sprech-
blasen) weisen darauf hin, wie ihr arbeiten könnt.
Bei der Arbeit in Gruppen sollte ein Protokollführer, den ihr gewählt habt, die
wichtigsten Ergebnisse eurer Diskussion schriftlich festhalten.
Selbstverständlich soll das nur ein Vorschlag sein; ihr könnt alles auch ganz anders
organisieren.
Der nebenstehende Pfeil weist auf eine interessante Sonderinformation hin. Diese
könnt ihr miteinbeziehen, braucht es aber nicht. Natürlich wird durch diese Infor-
mation euer Wissen vertieft und erweitert.
Die Sonderinformationen sind jeweils am Rand der betreffenden Seite mit einem
farbigen Quadrat und der dazugehörigen Ziffer bezeichnet.
Bei der Erarbeitung dieser Materialien werdet ihr eine Reihe von neuen Begriffen
kennenlernen. Das lässt sich nicht vermeiden. Lasst euch dadurch die Arbeit nicht
verleiden, denn einmal sind viele Begriffe im Text erklärt, und sollte das nicht aus-
reichen, schaut im Internet nach oder fragt euren Lehrer.
Viel Spaß!
3
4
TEIL A
DIE ZAHNBÜRSTE DES LEUCHTTURMWÄRTERS UND DER LEUCHTTURM SIND AUS KUNSTSTOFF.
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Nordwestlich von Hamburg, unweit Brunsbüttelkoog, steht an der Elbemündung der Leuchtturm.
47 Meter hoch und mit einem Durchmesser von drei Metern ragt dieser schlanke
Leuchtturm aus glasfaserverstärktem Polyester empor, um den Schiffen den Weg
zu weisen, Schiffen, deren Rettungsboote aus demselben synthetischen Werkstoff
bestehen. Die Radaranlage an Bord der Schiffe, die Funkmesstechnik, die hochem p -
findliche Rechenanlage, sie alle verdanken ihre Erfindung der Synthese der Poly-
mere. Für ihre Entwicklung auf den heutigen Stand und für vieles andere mehr
wurde allerdings eine Vielfalt maßgeschneiderter Kunststoffe gebraucht. Auch die
Zahnbürste des Leuchtturmwärters ist aus Kunststoff. Auf den nahegelegenen Auto-
bahnen stehen Rufsäulen aus gepresstem Polyesterharz und Blendzäune aus PVC.
Im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts, während der ersten großen Blüte der Natur-
wissen schaften, beginnt die Geschichte der Kunststoffe. Sie sind also noch junge
Werkstoffe. Doch ihre Entwicklung verlief über weite Phasen geradezu stürmisch.
Heute sähe unsere gewohnte Umgebung ganz anders aus, heute wären Freizeit und
Sport, Kommunikation, Medizin sowie Verkehr und Transport ohne Kunststoffe so
nicht mehr möglich.
Dabei gibt es für jeden Zweck einen besonders geeigneten Kunststoff. Denkt bloß
mal an den Haushalt. Gerade in der Küche werden die Gebrauchsgüter besonders
stark beansprucht: scharfes, spitzes Arbeitsgerät, heißes Wasser, der heiße Herd,
Gewürze, Aromastoffe. Da reagieren Kunststoffe ganz unterschiedlich. Scharfe Reini-
gungsmittel machen die glasklare Schüssel aus Polystyrol blind. Haushaltsartikel
aus Polypropylen oder aus Styrol-Acrylnitril sind da schon weniger empfindlich und
Geschirr aus Melaminharz ist besonders kratzfest. Unsere Haushaltsgeräte, der
Kühlschrank, die Waschmaschine, der Geschirrspüler, der Staubsauger wären ohne
technische Teile, Gehäuse, Isolierungen, Innenwände aus Kunststoff ein Häufchen
Schrott. Dem Fernseher, dem Radio, dem Telefon oder dem PC erginge es nicht
besser. Und ein Auto ohne Kunststoffe? Die Antwort erhältst du auf den folgenden
Seiten.
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TEIL ADIE WELT DER KUNSTSTOFFE
1. Ein Auto ohne Kunststoffe? 8
Verwendung von Kunststoffen in der Autoindustrie 10
2. Zur Geschichte der Kunststoffe 12
3. Rohstoffquellen und Produktion 16
Knöpfe aus Milch 16
Mengenmäßiger Anstieg der Kunststoffproduktion 18
4. Maßgeschneiderte Materialeigenschaften 20
Immer mehr Kunststoffe im Automobilbau 20
Der Begriff »Kunststoffe« 24
Makromolekulare Stoffe 25
Der erste Kunststoff – beinahe ein Sprengstoff 26
Erkennungsversuche 27
Versuch A: Brennbarkeit 29
Versuch B: Dichte 30
Versuch C: Wärmeleitfähigkeit 31
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1. EIN AUTO OHNE KUNSTSTOFFE?
Dieses Auto besteht aus drei Teilen.
Alle Teile sind aus Kunststoff.
Ein durchschnittliches Auto besteht aus Tausenden von Teilen.
Etwa 2.000 davon sind aus Kunststoff.
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Sieh dir die beiden Autos auf der linken Seite einmal genauer an. Viele Teile beim modernen Auto sind aus Kunst-stoffen gefertigt. Bei einem durchschnittlichen Auto sind bis etwa 15 Gewichtsprozent aus Kunststoff gefertigt. Das bedeu- tet, dass Kunststoffteile heute viele der Aufgaben übernehmen, die früher von Teilen aus anderen Werkstoffen erfüllt wurden.
Mach dir nun Notizen darüber, was nach deiner Meinung am Auto alles aus Kunststoff ist. Frag dann in deiner Arbeits-gruppe nach, ob jemand noch mehr Teile gefunden hat als du. Ergänze nötigenfalls deine Aufzählungen.
Weshalb wohl verwenden die Autohersteller heute so viel Kunststoff?
Sprecht in der Gruppe darüber und schreibt die Gründe einmal zusammen, um anschließend mit der ganzen Klasse darüber zu diskutieren. Notiert euch alle angesprochenen Fragen und ordnet diese. Dann schreibt das Ergebnis an die Tafel.
Vielleicht habt ihr im Gespräch sogar Teile genannt, die man unter der Motorhaube findet. Wer von euch technisch interes-siert ist, fragt bei nächster Gelegenheit einmal in einer Auto-werkstatt nach.
Sicher drängt sich bei dir die Frage auf: »Was ist das eigent-lich für ein Material, das für alle möglichen unterschiedlichen Aufgaben eingesetzt werden kann?«
Willst du mehr darüber wissen, lies die Sonderinformation 1 »Der Begriff Kunststoffe«. Doch lies zuvor die nächste Seite »Verwendung von Kunststoffen in der Autoindustrie«.
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VERWENDUNG VON KUNSTSTOFFEN IN DER AUTOINDUSTRIE
- Ablegefächer
- Airbag
- Anschlagpuffer
- Antriebsriemen
- Armaturenpolsterung
- Armaturenrahmen
- Armaturentafelabdeckung
- Armaturenträger
- Armaturenverkleidung
- Armlehne
- Außenbowdenzüge
- Batteriegehäuse
- Belüftungsgrill
- Beschläge
- Bremsbeläge
- Bremsflüssigkeitsbehälter
- Bremsschlauch
- Brustpolster
- Clipse
- Dachhimmel
- Dämpfungselemente
- Diffusor
- Embleme
- Entlüftungsgrill
- Faltenbalg
- Fensterdichtung
- Führungsschienen
- Fußmatte
- Fußraumverkleidung
- Gasgestänge
- Griffe
- Griffschale
- Gurte
- Gurtführung
- Haltegurtbeschläge
- Haltegurte
- Handschuhfach
- Hardtop
- Hebel
- Heizdüse
- Heizungs- und
Lüftungsgehäuse
- Heizungsschlauch
- Hohlraumausschäumung
- Hutablage
- Knieschutz
- Knöpfe
- Kofferklappe
- Konsole
- Kontrollleuchte
- Kopfstütze
- Kraftstoffleitung
- Kraftstoffpumpe
- Kraftstoffpumpenmembran
- Kühlergrill
- Kühlerschlauch
- Kühlwasserbehälter
- Kupplungsbeläge
- Lackierung
- Lagerung und Führung
- Lagerungselemente
- Lautsprechergrill
- Lenkgestänge
- Lenkradpolster
- Lenkradummantelung
- Lenksäulenverkleidung
- Leuchten
- Lichtmaschinen-
aufhängung
- Luftdüse
- Lüfterflügel
- Luftfilter
- Luftfiltergehäuse
- Luftführungskanal
- Luftvorwärmgerät
- Manschette
- Mittelarmlehne
- Motorabdeckung
- Motorhaube
- Navigationsgerät
- Nockenwellenantrieb
- Ölwannendichtung
- Parksensoren
- Pedalauflage
- Polsterung
- Radausschäumung
- Radkappe
- Radnabenabdeckung
- Radzierring
- Rahmenpolsterung
- Reifen
- Riemenscheiben
- Säulenverkleidung
- Schalter
- Schaltknauf
- Scheiben der Instrumente
- Scheinwerferdichtung
- Scheinwerfergehäuse
- Scheinwerferreflektor
- Schiebedach
- Schiebedachdichtung
- Schiebedachführung
- Schlüsselgehäuse
- Schriftzug
- Schutzschläuche für
Schraubenfedern
- Seilzugführung
- Seitenverkleidung
- Sicherheitsgurt
- Sicherungskasten
- Sitzbezug
- Sitzschale
- Sitzverkleidung
- Sonnenblende
- Spiegelgehäuse
- Spoiler
- Startknopf
- Spurstange
- Staubkappe
- Stecker
- Steckdose
- Steckerleiste
- Stoßfänger
- Stoßfängerecke
- Stoßfängerhorn
- Stoßleiste
- Streuscheiben
- Tank
- Tankdeckel
- Tankentlüftungs-
schläuche
- Teppich
- Teppichrücken-
beschichtung
- Tunnelabdeckung
- Turboverdichterteile
- Türdichtung
- Türinnenverkleidung
- Türschließkeil
- Türseitentasche
- Ventildeckel
- Ventildeckeldichtung
- Ventilkappen
- Vergaserdichtung
- Wärme-, Schalldämmung
- Wischerarm
- Wischblätter
- Wischwasserbehälter
- Wischerdüsen
- Zahnräder
- Zentralelektrik
- Zierleisten
- Zündkabelisolierung
- Zündkerzenstecker
- Zündverteilerkappe
- Zylinderkopfdichtung
... und vieles andere mehr.
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Nun ist das Geheimnis gelüftet. Stelle dir dieses Auto ohne Kunststoff vor. Da fehlen plötzlich Lampen und Abde-ckungen, die Sitze, die Türinnenverkleidungen, der Himmel, Lenkrad und Lenksäulenverkleidung, das Armaturenbrett, Griffe, Teppiche, Schalter, Knöpfe, Kühl- und Scheibenwisch- wasserbehälter, der Kühlergrill, Kabelisolierungen, das Bat-teriegehäuse, Stoßfänger, Schalldämmung, Lack und vieles andere.
Noch bleibt die Frage offen: »Kunststoff, was ist das eigent-lich für ein Material?« Um diese Frage besser beantworten zu können, achte von jetzt an einmal besonders darauf, was in eurer Wohnung oder in der Schule alles aus Kunststoff ist.
Denk auch an Dinge, die im Haus vorhanden sind, die man aber nicht sehen kann, da sie hinter Wänden, Türen oder Klappen verborgen oder im Keller angebracht sind. Das wird die Erkenntnis bestätigen: Kunststoffe sind Werkstoffe, die wichtige Aufgaben erfüllen.
Es gibt etwa zwei Dutzend wichtige Kunststoffarten, aber mindestens 5.000 Han-
delsnamen, meist Fantasiebezeichnungen. Deshalb ist es fast unmöglich, einen
bestimmten Kunststoff allein am Markennamen zu erkennen. Manchmal kann
man allerdings am Handelsnamen den Hersteller erkennen.
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2. ZUR GESCHICHTE DER KUNSTSTOFFE
Während des Krieges 1914–1918 mussten die noch jungen Kunststoffe viele an-
dere knapp gewordene Werkstoffe ersetzen. Sie wurden dabei manchmal in ihrer
Leistungsfähigkeit überfordert. Kunststoffe mussten, das zeigte sich deutlich,
verbessert werden. Dazu war es erforderlich, den inneren Aufbau dieser neuen
Werkstoffe genauer unter die Lupe zu nehmen.
Hermann Staudinger entdeckte (siehe Sonderinformation 2 »Makromoleku-
lare Stoffe«), dass organische Werkstoffe aus riesig langen Molekülfäden be-
stehen. Schon 1922 schlug er dafür die Bezeichnung »Makromolekül« vor. Wegen
des anhaltenden Widerstands anderer Wissenschaftler dauerte es noch 13 Jahre,
bis seine Lehre allgemein anerkannt wurde (1935).
Der Begriff Kunststoff, der in Deutschland und manchen Nachbarländern verwen-
det wird, wurde von Dr. Richard Escales geprägt, der 1911 die Zeitschrift »Kunst-
stoffe« herausgab. Er benötigte einen Sammelbegriff für alle diese neuartigen,
künstlich geschaffenen Materialien.
Ein Beispiel aus der Geschichte der Kunststoffe soll dich auf die nächste Informa-
tion einstimmen. Du kennst das PVC, z. B. von Klarsichthüllen, Fensterrahmen,
Fußbodenbelägen oder Rohrleitungen. Ausgeschrieben wird es als Polyvinylchlo-
rid bezeichnet. Es ist heute ein allgemein bekannter und vielseitig verwendeter
Kunststoff.
Schon 1838 gelang Victor Regnault die Herstellung von Polyvinylchlorid im Labo-
ratorium, indem er Vinylchlorid der Sonne aussetzte.
1912 fand Fritz Klatte die Grundlagen für die technische Herstellung. Die erste
Anwendung bestand in der umweltfreundlichen Beseitigung des bei der Erzeu-
gung von Natronlauge zwangsläufig anfallenden Chlors. Es wurde in PVC gebun-
den und konnte so gefahrlos deponiert werden.
Aber erst 1938 begann die großtechnische Produktion dieses Kunststoffs, nach-
dem vielseitige Einsatzmöglichkeiten gefunden worden waren.
Hermann Staudinger
Victor Regnault
n 2
12
Fritz Klatte in seinem Labor.
13
1859: Vulkanfiber, GB*Wichtiger Ausgangsstoff: Hydratcellulose
Häufigste Lieferform: Halbzeug
Kunststoffart: Duroplast
Anwendungsgebiete: Koffer, Dichtungen
1943: Silikone, USA*Wichtige Ausgangsstoffe: Silicium,
Methylchlorid
Häufigste Lieferform: Öle, Harze, Pasten
Kunststoffart: Thermoplast/Elastomer
Anwendungsgebiete: Abgussformen, Fugen-
massen, Kabel, Dichtungen, Imprägniermittel
1938: Polyvinylchlorid, D*Wichtige Ausgangsstoffe: Ethylen, Chlor
Häufigste Lieferform: Pulver, Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Schallplatten,
Fensterprofile, Bodenbeläge, Kunstleder
1869: Celluloid®, USA*Wichtige Ausgangsstoffe: Kampfer,
Zellulosenitrat
Häufigste Lieferform: Halbzeug
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Tischtennisbälle,
Haarschmuck
1946: Epoxidharzsysteme, CH*Wichtige Ausgangsstoffe: Epichlorhydrin,
Diphenylpropan
Häufigste Lieferform: flüssiges Harz und Härter
Kunststoffart: Duroplast
Anwendungsgebiete: Faserverstärkt: Sport-
geräte, Flugzeug- und Bootsteile; Gießharze
1938: Polyamid, D*Wichtige Ausgangsstoffe: Säureamide
Häufigste Lieferform: Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Typenräder für
Schreibmaschinen, Zahnräder, Schrauben,
Autobremsschläuche
1904: Kunsthorn, D*Wichtiger Ausgangsstoff: Kasein
Häufigste Lieferform: Halbzeug
Kunststoffart: Duroplast
Anwendungsgebiete: Knöpfe, Schnallen
1955: Niederdruckpolyethylen, D*Wichtiger Ausgangsstoff: Ethylen
Häufigste Lieferform: Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Hohlkörper,
Flaschen kästen, Druckrohre
1939: Hochdruckpolyethylen, GB*Wichtiger Ausgangsstoff: Ethylen
Häufigste Lieferform: Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Folien, Hohlkörper
WICHTIGE KUNSTSTOFFE IM HISTORISCHEN ÜBERBLICK
14
1909/1923: Pheno-/Aminoplaste, USA, D/A*Wichtige Ausgangsstoffe: Phenol, Kresol,
Formaldehyd, teilw. mit Füllstoffen/Harnstoff,
Melamin
Häufigste Lieferform: Pulver, Granulat
Kunststoffart: Duroplaste
Anwendungsgebiete: Elektroisolierteile,
Autoaschenbecher
1956: Polycarbonat, D*Wichtiger Ausgangsstoff: Bisphenol A
Häufigste Lieferform: Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Sicherheitsscheiben
(z. B. für Sturzhelmvisiere), Gehäuse für Büro-
und Haushaltsmaschinen, Verkehrszeichen
1940: Polyurethan, D*Wichtige Ausgangsstoffe: Isocyanate, Polyole
Häufigste Lieferform: Flüssigkeiten
Kunststoffart: Duroplast/Thermoplast/Elastomer
Anwendungsgebiete: Sportartikel, Möbel,
Matratzen, Wärmedämmung
1930: Polystyrol, D*Wichtige Ausgangsstoffe: Benzol, Ethylen
Häufigste Lieferform: Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Verpackungen,
Spielzeug, Schaumstoffe
1957: Polypropylen, D*Wichtiger Ausgangsstoff: Propylen
Häufigste Lieferform: Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Autobatteriegehäuse,
Rohrleitungen, Haushaltswaren, Verpack ungs-
hohlkörper, medizinische Geräte
1941: Polytetrafluorethylen, USA*Wichtiger Ausgangsstoff: Tetrafluorethylen
Häufigste Lieferform: Pulver
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Temperaturbeständige
Beschichtungen, Dichtungen, Isolierungen
1933: Acrylglas, D*Wichtiger Ausgangsstoff: Methacryl-
säuremethylester
Häufigste Lieferform: Granulat, Halbzeug
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Rückstrahler,
Lichtkuppeln, bruchsichere Scheiben,
beleuchtete Werbe- und Verkehrsschilder
1958: Polyacetal, USA*Wichtiger Ausgangsstoff: Formaldehyd
Häufigste Lieferform: Granulat
Kunststoffart: Thermoplast
Anwendungsgebiete: Zahnräder, Büro-
und Haushaltsmaschinen, Telefon-, Radio-,
Fernsehapparate
1941: Ungesättigte Polyester, USA*Wichtige Ausgangsstoffe: Dicarbonsäuren,
Poly- oder Diole
Häufigste Lieferform: flüssig, in Styrol gelöst
Kunststoffart: Duroplast
Anwendungsgebiete: Glasfaserverstärkt:
Briefkästen, Tanks, Telefonzellen; Gießharze,
Versiegelungen
* Aufnahme Produktion, Produktname, Land
15
3. ROHSTOFFQUELLEN UND PRODUKTION
KNÖPFE AUS MILCH
Zunächst wurden überwiegend Naturstoffe genutzt (siehe auch Sonderinfor-
mation 2 »Makromolekulare Stoffe«). Das Milcheiweiß Kasein war der Rohstoff
für das »Kunsthorn«. Aus Magermilch wird mithilfe des Enzyms Lab des Kälber-
magens das Kasein ausgefällt, gewaschen, getrocknet und gemahlen. Zur Verar-
beitung wird es mit Wasser vorgequollen, eingefärbt, gepresst und anschließend
gehärtet.
2
16
Zellulose (z. B. aus Holz, Stroh und Baumwolle) enthält neben Kohlenstoff die
Elemente Wasserstoff und Sauerstoff. Chemisch veränderte Zellulose wurde zu
Kunstseide versponnen oder verdrängte Elfenbein für Billardkugeln.
Auch Steinkohle enthält Verbindungen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und (sehr
wenig) Sauerstoff zusammengesetzt sind, denn sie entstand aus Sumpfwäldern,
die vor 250 bis 280 Millionen Jahren wuchsen. Anfang des 20. Jahrhunderts ge-
wann man Gas aus Steinkohle (Stadtgas), das vor allem zur Beleuchtung diente.
Dabei entstanden Benzol und Teer als Abfälle. Sie wurden nur anfangs als lästig
empfunden, denn bald fand man im Teer viele wertvolle Chemierohstoffe. Bakelit
wurde auf dieser Basis hergestellt.
Allmählich verdrängte die Elektrizität das Leuchtgas und die Teerproduktion ging
zurück. Doch mit dem Strom konnte aus Kalk und Kohle im elektrischen Ofen bei
2.000 °C Calciumcarbid hergestellt werden, das mit Wasser lebhaft unter Bildung
von Acetylen (Ethin) und Calciumhydroxid reagiert und so zur Grundlage der Acetylen-
Chemie wurde. Damit konnte unter anderem PVC großtechnisch hergestellt werden.
Die Carbid-Produktion verbraucht aber ungeheure Mengen elektrischer Energie.
Bei der Herstellung des Acetylens nach dem Carbid-Verfahren entstehen zudem
große Mengen an Kalkschlamm, der z. T. als Düngemittelzusatz Verwendung
findet.
Aufgrund des hohen Energieaufwands bei der Produktion ist es folgerichtig, dass
auf diese Etappe der Kohlechemie die Erdöl- oder Petrochemie folgte. Erdöl ent-
stand durch Jahrmillionen währende Ablagerung pflanzlicher und tierischer Klein-
lebewesen (Plankton) auf Meeres- und Seeböden. Dieser Schlamm wurde unter
Luftabschluss und bakterieller Einwirkung in Methan und andere niedere Kohlen-
wasserstoffe umgewandelt.
Selbst diese Radio gehäuse
wurden bereits aus syn-
thetisiertem Kunst stoff
hergestellt.
17
MENGENMÄSSIGER ANSTIEG DER
KUNSTSTOFFPRODUKTION
Die Grafik macht die Entwicklung und die heutige
Bedeutung der Kunststoffe deutlich.
Die Kurve geht so ab 1960 ganz schön steil nach
oben!
2016 wurden weltweit 335 Millionen Tonnen Kunst-
stoff für unterschiedlichste Anwendungen produziert.
1950 1990 20101970
50
100
150
200
250
300
350 Mio. t
0
18
Eine Tonne massiver Kunststoff (z. B. Polyethylen) kann zu einem Würfel von 1 m³
geformt werden – 1 m lang, 1 m breit, 1 m hoch. 335 Millionen solcher Würfel stellen
also die weltweite Jahresproduktion 2016 dar. Wenn du diese Würfel an einander-
reihst, reichen sie fast sechsmal um die Erde.
Die Grafik deutet an, dass es in der Anfangszeit gar nicht so einfach war, brauch-
bare Kunststoffe zu finden. Während der ersten 50 Jahre war es nur ein knappes
Dutzend. Dabei wurde besonders in allen westlichen Ländern nach neuen Kunst-
stoffen gesucht. Durch den intensiven Erfahrungsaustausch wuchs das Wissen
um die neuen Stoffe. So folgte auf die »mageren« ersten 50 Jahre eine sehr erfolg-
reiche Zeit.
Wenn es dich interessiert, kannst du noch eine nette Geschichte aus den Anfän-
gen der Kunststoffe lesen: Sonderinformation 3 »Der erste Kunststoff –
beinahe ein Sprengstoff«.
3
19
4. MASSGESCHNEIDERTE MATERIALEIGENSCHAFTEN
IMMER MEHR KUNSTSTOFFE IM AUTOMOBILBAU
Am Anfang unseres Buchs wurde die Frage gestellt: »Weshalb verwenden die
Autohersteller heute so viel Kunststoff?«
Vergleiche nun die Antworten aus eurem Klassengespräch mit den folgenden
Informationen: Kunststoffteile lassen sich maschinell kostengünstig in großen
Stückzahlen herstellen. Fast uneingeschränkte Möglichkeiten der Formgebung
sind ein weiterer Grund, Kunststoffen den Vorzug zu geben. Ein dritter ist ihr Bei-
trag zur Sicherheit. Ein Kunststofftank platzt nicht so leicht, und ein Airbag darf
nie platzen. Ein weiterer Aspekt ist die hohe Funktionalität. Schließlich führen
Kunststoffe zur Treibstoffeinsparung durch ihr geringes Gewicht. Das senkt bei
Verbrennungsmotoren auch den Ausstoß von Schadstoffen. Eine der Antworten
könnte also sein: »Kunststoffteile sind preiswerter als Teile aus anderen Werk-
stoffen.«
Der Autokäufer verlangt in Bezug auf Wartung, Komfort, Design, Lebensdauer,
und Sicherheit sowie Treibstoffverbrauch ein immer besseres Auto. Um das zu
erreichen, werden maßgeschneiderte Werkstoffe benötigt. Genau hierin liegt die
große Stärke der Kunststoffe. Sie können in ihren Materialeigenschaften wie kein
anderer Werkstoff der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Doch dazu mehr
in Kapitel 7 »Millionen Bausteine machen erst die Eigenschaft«.
Der Trend zu immer mehr Komfort und Sicherheit hat zu immer schwereren Autos
geführt. Je höher aber das Gewicht, desto höher ist auch der Treibstoffverbrauch.
Ohne den Einsatz von Kunststoffen wäre die Gewichtszunahme drastischer. Durch
die Verwendung von Kunststoffbauteilen wird, unabhängig davon, womit ein Auto
angetrieben wird, erheblich Gewicht gespart. 100 kg Kunststoff können je nach
Bauteil und Einsatzzweck etwa 140–200 kg herkömmliche Werkstoffe ersetzen.
Eine Verminderung des Fahrzeuggewichts um 100 kg bringt aber eine Treibstoff-
ersparnis von bis zu ¼ Liter pro 100 gefahrene Kilometer und vermindert damit
die Umweltbelastung. Die Reduzierung des Treibstoffverbrauchs durch Leichtbau
ist daher ein wichtiges Ziel bei der Konstruktion von Automobilen. Hierbei sind
Kunststoffe eine große Hilfe.
Kunststoffteile sind in sämtlichen Baueinheiten der Automobile zu finden. Beson-
ders ins Auge fallen Außenteile wie Stoßfänger, Kühlergrill und Frontschürzen,
Scheinwerfer, Verkleidungen, Lufteinlassgitter, Außenspiegel und Rückleuchten.
Hinzu kommt die fast vollständige Ausstattung des Innenraums. Die Autoelektrik
und -elektronik ist ohne Kunststoffe nicht möglich. Auch im Motorraum haben die
20
Kunststoffanwendungen zugenommen. Dazu gehören Ansaugrohre, Kraftstoff-
verteilersysteme, Behälter, Wasserpumpen, Zahnriemenräder u. a. Ein besonders
markantes Teil ist der Kraftstofftank, der sich dank der fast beliebigen Formge-
bung in jeden vorgegebenen Raum einpassen lässt, so-
dass die meisten Fahrer heutzutage schon nicht mehr wissen, wo genau der Tank
in ihrem Auto untergebracht ist.
Auch in der Antriebs- und Fahrwerktechnik haben die Kunststoffe bereits Einzug
gehalten, so etwa bei Kardanwellen und Motorträgern. Auch beim Motor selbst
werden zunehmend Kunststoffe eingesetzt, darunter hitzestabile und chemikalien-
beständige Bauteile aus Kunststoff wie etwa Schläuche, Abdeckungen, Ansaug-
krümmer und sogar Ölwannen. Damit wird insbesondere auch eine verbesserte
Motoreneffi zienz erreicht.
Den Eigenschaften des
Kunststoffes verdankt der
Konstrukteur, dass sich ein
Tank in jeden vorgegebenen
Raum einpassen kann.
21
Dieser eine Würfel Eisen (Fe) wiegt 1.000 kg
Diese 2 3/4 Würfel Aluminium (Al) wiegen auch 1.000 kg
Diese 5 1/2 Würfel Polyvinylchlorid (PVC) wiegen auch 1.000 kg
Diese acht Würfel Polyethylen (PE) wiegen auch 1.000 kg
NOCH EIN GEWICHTSVERGLEICH
22
Von vier Faktoren sind die vielfältigen chemischen undphysikalischen Eigenschaften der Kunststoffe abhängig: chemischer Aufbau, Gestalt, Ordnung und Größe der Moleküle.
Der chemische Aufbau, nämlich Art und Anordnung der Atome, nimmt Einfluss
auf das geringe Gewicht. Kunststoffe haben meist eine Dichte zwischen 0,9 g/cm³
und 1,4 g/cm³; und wenn schwerere anorganische Elemente (z. B. Fluor) am Mole-
külaufbau beteiligt sind, können sie eine Dichte von 2,2 g/cm³ erreichen wie z. B.
Polytetrafluorethylen (PTFE).
Kupfer hat eine Dichte von 8,9 g/cm³, d. h., ein Würfel von 1 cm³ Kupfer wiegt 8,9 g.
Stahl hat eine Dichte von 7,85 g/cm³, d. h., ein Würfel von 1 cm³ Stahl wiegt 7,85 g.
Aluminium hat eine Dichte von 2,7 g/cm³, d. h., ein Würfel von 1 cm³ Aluminium
wiegt 2,7 g.
Das Leichtmetall Aluminium ist doppelt so schwer wie das dir bekannte Polyvinyl-
chlorid (PVC), das nur eine Dichte von 1,38 g/cm³ hat. Und Polyethylen (PE) hat
eine noch geringere Dichte, nämlich zwischen 0,91 und 0,96 g/cm³. Die Bestän-
digkeit gegen Säuren, Laugen, Lösemittel und das hohe elektrische Isolierver-
mögen werden ebenfalls vom chemischen Aufbau beeinflusst.
Sprecht in der Klasse über die Eigenschaften der Kunststoffe.
Die Gestalt der Moleküle, ihre Größe und die Anordnung im Stoff haben Einfluss
auf das mechanische Verhalten. Es können plastische, weichelastische, hartelas-
tische und harte bis spröde Kunststoffe erzeugt werden, die unterschiedliche und
begrenze Temperaturbeständigkeit besitzen.
Wenn ihr die Betrachtung noch vertiefen wollt, lest die Sonderinformation 4
»Erkennungsversuche«. Vielleicht habt ihr sogar die Möglichkeit, einige der ein-
fachen Experimente in der Schule durchzuführen.
Polyethylen ist etwas leichter als
Polyvinylchlorid.
.
Aluminium ist schon doppelt so
schwer wie Polyvinylchlorid.
Kupfer wiegt gar sechsmal so viel
wie Polyvinylchlorid.
4
23
DER BEGRIFF »KUNSTSTOFFE«
Kunststoffe sind Werkstoffe, die aus Polymeren und Zusatz-stoffen bestehen. Polymere sind organische Makromoleküle, die durch Umwandlung von Naturprodukten oder durch Synthese von Primärstoffen aus Erdöl, Erdgas oder Kohle entstehen.
»Organisch« bedeutet hier zweierlei: Kunststoffe bestehen aus den Elementen
Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und auch Sauerstoff (O), Stickstoff (N) und
Schwefel (S). Merkwort: »CHONS«. Darüber sagt die »Organische Chemie« etwas
aus. Einige spezielle Kunststoffe enthalten Halogene, nämlich Fluor (F) und
Chlor (Cl). Zum anderen gleichen die Kunststoffe in ihren Eigenschaften natürlich
gewachsenen, organischen (im Sinne von belebten) Stoffen wie Holz, Horn, Harz.
Makromoleküle bedeutet »große, riesige Moleküle« (makros = groß).
An umgewandelten Naturprodukten sollen hier nur genannt werden: vulkanisier-
ter Kautschuk (Gummi), Vulkanfiber, Zellglas, Kunstseide, Zellwolle als umgewan-
delte Zellulose, Kunsthorn, ein plastifiziertes und gehärtetes Milcheiweiß (Kasein).
Synthese ist ein »Zusammenfügen«. Durch die Möglichkeiten des Chemikers
werden neue Stoffe aus Grundstoffen nach chemischen Verfahren aufgebaut.
Wenn der Kunststoff aus der »Retorte« kommt, hat er vielfach noch nicht die
gewünschten Werkstoffeigenschaften. Er ist ein Rohstoff. Zu dem Werkstoff mit
genau festgelegten Eigenschaften, also zu dem eigentlichen Handelsprodukt,
wird er erst durch Nachbehandlung und erforderliche eigenschaftsverbessernde
Zusätze wie z. B. Füll- und Verstärkungsstoffe.
Viele Kunststoffe werden durch »spezifische Zusatzstoffe« gegen alle möglichen
Einwirkungen von außen stabilisiert, denn je nach Empfindlichkeit können durch
Wärme, Licht und Luftsauerstoff die Makromoleküle aufgebrochen werden.
1
Kunststoffe sind organische
Substanzen wie z. B. Holz,
Fleisch oder Brot.
Bei starkem Erhitzen wird
der Kohlenstoff sichtbar.
24
MAKROMOLEKULARE STOFFE
Der deutsche Chemiker Hermann Staudinger führte 1922 für Riesenmoleküle mit
mehr als 1.000 Atomen den Begriff »Makromolekül« ein. Für seine Forschungs-
arbeiten erhielt er 1953 den Nobelpreis. Makromoleküle unterscheidet man nach
Herkunft und Syntheseweg.
Lebewesen können ohne makromolekulare Naturstoffe nicht existieren. Zellu-
lose, Lignin und viele Eiweißstoffe sind natürliche Baustoffe. Mit Stärke werden
Vorräte angelegt. Vom Menschen werden beispielsweise Zellulose (Holz, Baum-
wolle, Flachs), Keratin (Horn), Kautschuk und komplizierte Gemische wie Harze
als Werkstoffe genutzt.
Umgewandelte Naturstoffe (halbsynthetische Kunststoffe) werden durch che-
mische Umwandlung makromolekularer Naturstoffe gewonnen. Beispiele sind
die Zellulosederivate Celluloid® (Nitrozellulose) und Vulkanfiber (pergamentierte
Zellulose) sowie Kunsthorn (Kaseinkunststoff) oder Gummi (vulkanisierter Kaut-
schuk).
Synthetische Kunststoffe werden aus Rohstoffen wie Erdöl hergestellt. Dabei
werden verschiedene Klassen unterschieden. Thermoplaste (thermos = warm;
plasso = binden) gehen beim Erwärmen reversibel (umkehrbar) in einen plasti-
schen, also verformbaren Zustand über und behalten nach Erkalten ihre Form bei.
Sie bestehen aus fadenförmigen oder nur gering verzweigten Molekülketten. Zwi-
schen diesen herrschen meist nur schwache Wechselwirkungen, die sogenannten
Van-der-Vaals-Kräfte. Duromere (durus = hart) sind nach ihrer Formgebung
auch unter Wärmeeinwirkungen nicht mehr plastisch verformbar. Sie bestehen
aus Molekülen, die in allen Raumrichtungen vernetzt sind. Bei normaler Tem-
peratur sind sie hart bis spröde. Elastomere (elastisch = rückstellend; meros =
Teil) zeichnen sich durch hohe Dehnfähigkeit und Rückstellung in einem breiten
Temperaturbereich aus. Relativ wenige Querverbindungen vernetzen die Ketten-
moleküle zu einem lockeren dreidimensionalen Netz. Dadurch sind die einzelnen
Kettenabschnitte leicht, die Gesamtmoleküle aber nur begrenzt beweglich.
2
Thermoplaste schmelzen
beim Erhitzen.
Duroplaste bleiben bei diesen
Temperaturen unverändert.
Elastomere sind quellbar
und verformen sich wieder
zurück.
25
DER ERSTE KUNSTSTOFF – BEINAHE EIN SPRENGSTOFF
Den ersten Kunststoff verdanken wir einem amerikanischen Billardspieler, der sich
darüber ärgerte, dass seine Billardkugeln aus Elfenbein nicht immer geradeaus
rollten. Schuld daran waren die kleinen Unregelmäßigkeiten, die in Naturstoffen
wie dem damals verwendeten Elfenbein immer vorkommen. Um den Elfenbein-
bedarf zu decken, wurden bis zur Jahrhundertwende jährlich 12.000 Elefanten
getötet. Der Billardspieler bot demjenigen 10.000 Dollar, der ihm ein besseres,
d. h. gleich mäßigeres Material bringen würde.
Der Zufall wollte es, dass sich die amerikanischen Brüder Hyatt gerade mit einer
in Deutschland gemachten Entdeckung beschäftigten. Baumwolle wandelt sich
durch Behandlung mit Salpetersäure zu einem neuen, sehr gefährlichen Stoff um,
zur »Schießbaumwolle«, die man als Sprengstoff verwenden kann. Nach einem
Vorschlag des Engländers Parkes zähmten sie das »gefährliche Zeug«, indem sie
es in einem Gemisch aus Kampfer und Alkohol lösten. Es entstand ein Stoff, den
sie »Celluloid®« nannten. Dieser hatte Eigenschaften, die damals sensationell
waren. Er war durchsichtig wie Glas, aber zäher als Leder. Man konnte ihn wun-
derbar färben und, das Tollste, er war bei niedrigen Temperaturen schmelzbar. Im
Gegensatz zu den Metallen schmolz er nicht zu einer leicht beweglichen Flüssig-
keit, sondern blieb plastisch-fließend, ließ sich aber trotzdem in jede gewünschte
Form bringen, was die Brüder Hyatt mit der von ihnen patentierten ersten Spritz-
gießmaschine der Welt bewiesen.
Celluloid® diente unter anderem zur Herstellung von Tischtennisbällen, Knöpfen,
Zeichen- und Messgeräten. Wegen seiner großen Zähigkeit und hohen Trans-
parenz (Lichtdurchlässigkeit) diente es auch als Unterlage für fotografische Filme.
Die Filmindustrie wurde der große Verbraucher. Der Hauptnachteil war die leichte
Entflammbarkeit, weshalb es später in den meisten Anwendungen durch andere
Kunststoffe ersetzt wurde.
Früher Elfenbein –
heute Kunststoff.
3
26
ERKENNUNGSVERSUCHE
Ihr könnt in eurer Schule einfache Erkennungsversuche mit Kunststoffproben durchführen, z. B. in Bezug auf:
Lichtdurchlässigkeit – Struktur und Herstellung sind dafür verantwortlich, ob
Kunststoffe glasklar, transparent oder durchscheinend (opak) werden. Oft werden
sie aber schon bei der Herstellung eingefärbt.
Thermisches Verhalten – Thermoplaste erweichen bei zunehmender Tempera-
tur, Duromere gehen vom festen Zustand in Zersetzung über.
Wärmeleitfähigkeit – bei Kunststoffen ist sie sehr gering, denn Wärmebewe-
gungen der Atome in den Kettenmolekülen werden schlecht zwischen den Ketten
weitergegeben.
Brennbarkeit – Flammenaussehen und Geruch nach Erlöschen sind wichtige
Erkennungsmerkmale. Aufgrund ihres Aufbaus aus Kohlenstoff- und Wasser-
stoffatomen brennen viele Kunststoffe. Durch den Einbau von weiteren Elementen
(Halogenen wie z. B. Chlor oder Fluor) kann das Brandverhalten von Kunststoffen
beeinflusst werden.
Bruchbild – man unterscheidet Weißbruch, Sprödbruch und kein Bruch. Das
Bruchbild liefert eine bessere Erkennung als die Oberflächenhärte mit der Finger-
nagel- und der Nadelprobe.
Löslichkeit – der Satz »Ähnliches löst sich in Ähnlichem« gilt bei Kunststoffen nur
bedingt. Sie sind gegen organische Lösemittel sehr widerstandsfähig.
Elektrische Leitfähigkeit – sie ist bei Kunststoffen sehr gering und erklärt sich
mit der niedrigen Anzahl von freien Elektronen. Die geringe Leitfähigkeit ist für
die elektrostatische Aufladung von Bedeutung. Zugleich sind Kunststoffe nicht
magnetisierbar.
»Keine heiße Asche
einfüllen«, denn die
Mülltonne ist aus
Polyethylen.
4
27
Wärmeleitfähigkeit
Vor Durchführung dieses Versuchs noch einige Informationen zur Erklärung des
Ergebnisses: Aus einem Physikbuch kannst du zum Beispiel »Wärmeleitzahlen«
erfahren. Für Kupfer beträgt sie 335 und für Polystyrol 0,14. Die beiden Zahlen
stehen also im Verhältnis 335:0,14 = 2.400.
Durch eine Kupferplatte wird die Wärme 2.400-mal schneller geleitet als durch
eine gleich dicke Polystyrol- Platte. Die Kunststoffplatte braucht infolgedessen
auch 2.400-mal länger zum Abkühlen. Oder noch anschau licher: Die Wärme-
menge, die in einer Stunde durch Kupfer geht, braucht bei Kunststoff 2.400 Stun-
den, das sind 100 Tage! Daraus kannst du folgern:
Kupfer ist ein guter Wärmeleiter.Kunststoffe sind schlechte Wärmeleiter.
Schaumpolystyrol, bei dem etwa 98 Prozent des Volumens aus Gas bestehen,
isoliert noch zehnmal besser. Du kannst dir denken, dass diese Eigenschaft beim
Herstellen von Kunststoffprodukten zu verhältnismäßig langen Aufheiz- und Ab-
kühlzeiten führt. Den Aufbau des geschäumten Polystyrols solltest du unbedingt
unter dem Mikroskop betrachten. Wenn du keine Erfahrung im Mikroskopieren
hast, lass dich von deinem Lehrer anleiten. Du wirst einen Zellaufbau ähnlich dem
des Holundermarks erkennen. Sicher möchtest du auch einige Informationen über
die elektrische Leitfähigkeit haben. Hier nur so viel: Kupfer leitet den elektrischen
Strom sogar 100 Trillionen Mal besser als geschäumtes Polystyrol. Das ist eine
1 mit 20 Nullen! Ob es sich um Wärme oder elektrischen Strom handelt, immer
geht es darum, dass Energie durch den Stoff transportiert wird. Dies ist auch
technisch von Bedeutung. Entweder ist eine Energiemenge durch ein Material zu
leiten oder die Wanderung ist zu verhindern. Daher verwendet man zum Wärme-
transport und für elektrische Leitungen Metalle, zur Isolierung Kunststoffe.
Nachfolgend einige einfache Versuche zum schnellen Erkennen der Kunststoffe und
zum Prüfen ihrer Eigenschaften.
Lies dir die Versuche gewissenhaft durch und beginne nicht, bevor du alles verstanden hast. Bei Unklarheiten frag in deiner Gruppe oder beim Lehrer nach.
Nur die Isolierfähigkeit
des Kunststoffs ermög-
licht so viele Verbindun-
gen in einem Kabel.
Unter dem Mikroskop:
geschäumtes Polystyrol
Holundermark
Beide haben einen fast
gleichen Zellaufbau.
28
BRENNBARKEITVersuch A
Kerze Tiegelzangebrandfeste Unterlage
Schutzbrille
Polyamid (PA)
Polyethylen (PE)
29
1. Becherglas halb mit Wasser füllen, dazu ein Spritzer Spülmittel. Legt die sechs Proben hinein.
3. Gebt nun behutsam Kochsalz so in das Wasser, dass es sich löst. Die Dichte der Lösung nimmt zu.
2. Das PE-Stäbchen schwimmt. Es hat die Dichte von 0,92 g/cm3.
4. Gebt weiter Kochsalz hinzu, bis weitere Stäb-chen auftauchen. Notiert die Reihenfolge.
RührstabKochsalzSpülmittelBecherglas 500 ml
Versuch B
Polyethylen (PE)
Polyvinylchlorid (PVC)
Polyester (UP)
Polystyrol (PS)
Phenoplast (PF)
Polymethylmethacrylat (PMMA)
DICHTE
30
1. Gebt in beide Becher gleiche Mengen heißes Wasser (etwa 70 ˚C). Vorsicht! Normale Joghurt-becher aus Polystyrol sind für kochendes Wasser ungeeignet – sie erweichen.
Temperatur:
2 min. ________
4 min. ________
6 min. ________
8 min. ________
10 min. ________
Temperatur:
2 min. ________
4 min. ________
6 min. ________
8 min. ________
10 min. ________
Kunststoffbecher heißes Wasser UhrMetallbecher
2. Messt in Abständen von zwei Minuten die Temperaturen beider Wassermengen. Notiert die Zeiten und Wassertem peraturen und vergleicht diese.
Thermometer
Versuch C WÄRMELEITFÄHIGKEIT
31
32
TEIL B
DIE GESCHICHTE DIESER ENTE BEGANN VOR 250 MIO. JAHREN.
33
Vor einigen 100 Millionen Jahren bedeckten die Weltmeere weite Gebiete der
Kontinente. Tote Kleinstlebewesen, insbesondere Algen, sanken zum Grund und
wurden von Schlamm bedeckt. Wo der Meeresboden ruhig war und keine Strömung
herrschte, so dass kein oder kaum Sauerstoff zugeführt wurde, überzog allmählich
ein »Faulschlamm« den Meeresboden. Das organische Material wandelte sich
unter dem Einfluss relativ hoher Temperaturen, des Drucks, der bakteriellen Zer-
setzung und katalytischer Prozesse im Laufe der Zeit in verschiedene Kohlenwas-
serstoffe um, aus denen das Erdöl besteht.
Gewöhnlich bleibt das Erdöl nicht im Muttergestein, dem Ort seines Entstehens,
sondern wandert im Laufe der Zeit zur Erdoberfläche hin. Wenn es auf poröse,
durchlässige Gesteinsschichten trifft, die von einer undurchlässigen Schicht über-
lagert werden, sammelt sich das Erdöl in der porösen Schicht, die damit zu einer
»Ölfalle« wird. Es entsteht ein Erdölvorkommen.
Erdöl (Petroleum, Rohöl) nennt man ein mehr oder weniger zähflüssiges, sehr
dunkelfarbiges Mineralöl, das sich in allen Kontinenten in der Erdkruste findet.
Diese Erdölvorkommen sind oft von Erdgas und Salzwasser begleitet. Das Erdöl
ist eine komplizierte, nach Fundorten wechselnde Mischung verschiedener Koh-
lenwasserstoffe. Die Frage nach seiner Entstehung konnte bis heute noch nicht
umfassend und eindeutig geklärt werden. Es ist wohl sicher, dass es organischen
Ursprungs ist. Erdöl ist der wichtigste Rohstoff für Kunststoff und damit auch für
unsere kleine Kunststoffente.
34
TEIL BVOM ROHSTOFF ZUM KUNSTSTOFF
5. Vom Rohstoff zum Kunststoff 36
6. Wie Kunststoffe werden 40
Das Zwillingsspiel 40
Riesig groß und doch so winzig klein – ein Gedankenspiel 42
7. Millionen Bausteine machen erst die Eigenschaft 43
Energie sparen mit Kunststoff 47
Kunststoff-Synthese-Verfahren 48
Strukturen der Kunststoffe 50
5
6
7
35
5. VOM ROHSTOFF ZUM KUNSTSTOFF
Rohmaterialien für die Kunststofferzeugung sind organische Stoffe wie etwa
Zellulose, Kohle, Erdöl und Erdgas. Alle sind Verbindungen von Kohlenstoff (C)
und Wasserstoff (H). Auch Sauerstoff (O), Stickstoff (N) und Schwefel (S) können
beteiligt sein.
Erdöl ist in Deutschland der wichtigste Rohstoff (Ausgangs-stoff) für die Kunststoff erzeugung, daneben noch Erdgas.
In der Raffinerie wird Erdöl durch Destillation in mehrere Fraktionen (Bestandteile)
getrennt. Nach Siedebereichen unterschieden fallen im Fraktionierturm an: Gas,
Rohbenzin, Diesel und Heizöle sowie Gasöl. Als Destillationsrückstand erhält man
Bitumen, das unter anderem im Straßenbau verwendet wird. Alle Fraktionen be-
stehen aus Kohlenwasserstoffen, die sich durch ihre Größe und die Gestalt ihrer
Moleküle unterscheiden. Die für die Kunststofferzeugung wichtigste Fraktion ist
das Rohbenzin (Naphtha). Es wird in einem thermischen Spaltprozess (Crack-Pro-
zess) in Ethylen (Ethen), Propylen (Propen), Butylen (Buten) und andere Kohlen-
wasserstoff-Verbindungen auseinander-»gebrochen« und umgebaut (to crack =
brechen). Das erfolgt im sogenannten Cracker.
Die Ethylen-Ausbeute kann begrenzt über die Cracktemperatur gesteuert wer-
den und beträgt bei 850 °C mehr als 30 Prozent. Der Cracker liefert noch weitere
Rohstoffe für die Kunststofferzeugung, z. B. Benzol. Aus Ethylen und Benzol wird
in nachfolgenden Reaktionsprozessen Styrol gewonnen, aus Chlor und Ethylen
Vinylchlorid. Beides sind Ausgangsstoffe für weitere wichtige Kunststoffe.
Wichtig ist, dass nur 4 – 6 Prozent des gesamten Erdöl- undErdgasverbrauchs auf Kunststoffe entfallen.
Die Erzeugung von Kunststoff und die Herstellung von Kunststoffprodukten ver-
brauchen Energie. Viele Kunststoffprodukte helfen aber auch dabei Energie zu
sparen. Mehr dazu in der Sonderinformation 5 »Energie sparen mit Kunststoff«.
Destillation
Cracken
Polymerisation
Polykondensation
Polyaddition
ERDÖL
NAPHTHA
KUNSTSTOFFE
ETHYLEN
PROPYLEN
...
5
36
Die größten Erdölverbraucher in Europa sind heute mit einem Anteil von zusam-
men fast 90 Prozent Transport, Heizen und Energiegewinnung, also solche Ver-
wendungen, bei denen die Erdölprodukte durch Verbrennen nur einmalig genutzt
werden. Das meiste Erdöl wird demnach von den Brennern der Heizungen und
den Motoren der Automobile geschluckt.
Anteil der Kunststoffe am Gesamt-Erdöl- und -Erdgasverbrauch in Westeuropa
Besprecht nun die aus dieser Grafik gewonnenenErkenntnisse in eurer Arbeitsgruppe.
Gesamt-Erdöl/-Erdgas-
verbrauch = 100 Prozent
Andere
Transport
Energie & Heizung
Chemie
(Kunststoffe 4–6 Prozent)
5 %
42 %
45 %
8 %
37
Fraktionierturm
Polyethylen
Stahl
Kupfer
0 5 10 15
Aluminium
Rohöl 18,7 t
Dieselöl
5,6 t
Naphtha
3,74 t
Vergaser-
kraftstoffe
2,2 t
Andere
chem. Produkte
0,5 t
Polyethylen
1,0 t
Ethylen
1,04 t
Heizöl
7,49 t
Sonstige Öle
1,87 t
Alle Arbeitsprozesse brauchen Energie (Druck, Wärme, motorische Leistungen).
Der Werkstoff Kunststoff verbraucht in seiner Gewinnung sehr wenig Energie.
Wie günstig die Petrochemie arbeitet, zeigt dieser Vergleich. Für je 1 dm³ Werkstoff
braucht man folgende Energiemengen (Kilogramm Öl-Äquivalent/Liter Werkstoff):
Erdöl ist ein unersetzlicher Rohstoff und eine endliche Ressource. Als Energieträger sollte es deshalb schnell ande-ren, regenerativen Energiequellen Platz machen. Dies ist so wichtig, dass die ganze Klasse die eben gegebenen Infor -ma tionen diskutieren sollte.
Im Verlauf der Fraktionierung von z. B. 18,7 Tonnen Erdöl (Rohöl), bei der neben
Gasen und Teeren zu überwiegenden Anteilen Diesel- und Heizöl (70 Prozent) an -
fallen, gewinnt man außerdem 3,74 Tonnen Rohbenzin (Naphtha). Dieses wird im
anschließ enden thermischen Spaltprozess zu kleineren Kohlenwasserstoff-Verbin-
dungen verarbeitet. Dabei fällt unter anderem etwas mehr als eine Tonne Ethylen
an, aus der man eine Tonne Polyethylen herstellt.
38
KUNSTSTOFF AUS NACHWACHSENDEN ROHSTOFFEN
Die meisten Kunststoffe werden heute aus Erdöl hergestellt. Biokunststoffe auf
Basis nachwachsender Rohstoffe erweitern die bestehende Kunststofffamilie in
ganz speziellen Bereichen. »Biokunststoff« ist ein Sammelbegriff, der für zwei
ganz unterschiedliche Konzepte verwendet wird, für biobasierte und für biolo-
gisch abbaubare Kunststoffe.
Biobasierte Kunststoffe werden aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.
Heute verwendet man in erster Linie Co-Polyester-Systeme, stärkebasierte Werk-
stoffe, Polymilchsäure und Zellulosewerkstoffe. Sie spielen etwa bei Verpackun-
gen für Lebensmittel mit kurzer Haltbarkeit eine Rolle. Obst und Gemüse haben
eine kurze Frischedauer, daher sind für diese Lebensmittel die speziellen Eigen-
schaften von Biokunststoffverpackungen gefragt, da sie in diesen Verpackungen
länger frisch bleiben, weil das Material Wasserdampf durchlässt.
Auch Einweggeschirre und -bestecke aus Spritzguss sowie Verkaufsverpackungen
aus biobasiertem Kunststoff und im Medizinbereich resorbierbare Implantate
werden angeboten. Die Rohstoffbasis ist für die biologische Abbaubarkeit un-
wesentlich. Biologisch abbaubare Kunststoffe können sowohl auf nachwachsen-
den Roh stoffen als auch auf Erdöl basieren.
39
6. WIE KUNSTSTOFFE WERDEN
DAS ZWILLINGSSPIEL
Schau dir dieses Doppelbild einmal an. Es soll ein Modell dafür sein, wie ein Kunststoff entsteht. Die Mickymauspaare der ersten Reihe symbolisieren Moleküle eines der wichtigsten gasförmigen Kohlenwasserstoffe für die Kunststoffsynthese, das Ethylen. Und in der zweiten Reihe siehst du, als Kette dargestellt, einen winzig kleinen Mole- külabschnitt des entstandenen Produkts, des Polyethylens, nach der chemischen Reaktion, der Polymerisation.Versuch einmal, den Vorgang mit deinen eigenen Worten zu beschreiben!
Was sagt deine Arbeitsgruppe dazu?
Mickymäuse müssen noch nachgebaut werden
40
Kunststoffe entstehen dadurch, dass eine Vielzahl gleich-artiger oder artverwandter Grundbausteine über chemische Bindungen miteinander verbunden werden.
In unserem Modell ist der Grundbaustein das Ethylenmolekül, dessen Struktur-
formel gewisse Ähnlichkeit mit den Mickymauspaaren hat.
Bei der chemischen Reaktion wird die C=C-Doppelbindung gelöst und durch
Verknüpfen der Einzelmoleküle das fadenförmige (kettenförmige) Makromolekül
Polyethylen gebildet. Solche Makromoleküle sind im Unterschied zu nieder-
molekularen Stoffen Riesenmoleküle.
Die regelmäßige Aufeinanderfolge der aus Grundbausteinen entstandenen Mo-
lekülteile ist charakteristisch für den Strukturaufbau der Kunststoffe. Das rechts
veranschaulichte Prinzip des Aufbauens nennt der Chemiker Polymerisation. Das
entstandene Polyethylen findest du z. B. sowohl als Tragetasche (Kunststoffbeu-
tel) als auch – schwarz oder grau gefärbt – als Mülltonne bei dir zu Hause.
Die eben beschriebene Polymerisation ist seit 1930 bekannt. Allerdings kennt
man noch zwei weitere Kunststoff-Synthese-Verfahren.
Schon seit 1910 kennt man die Polykondensation. Die bekanntesten Produkte
dieser Reaktion sind die Phenoplaste (Bakelite®), aber auch Polyamide (Perlon®)
und Polyester. Erst 1937 gelang die Polyaddition. Per Polyaddition wird zum
Beispiel Polyurethan erzeugt.
Mögen die Kunststoffe auch noch so verschieden sein,das Bauprinzip ist stets gleich. Alle Kunststoffe sind makromolekular.
Willst du mehr darüber wissen, lies die Sonderinformation 6 »Kunststoff-
Synthese-Verfahren«.
Vielleicht haltet ihr jetzt ein Klassengespräch für notwendig!
MOLEKÜLMODELL DES
ETHYLENS
Ethylenmoleküle haben
reaktionsfähge Doppel-
bindungen.
MOLEKÜLMODELL DES
POLYETHYLENS (Ausschnitt)
Ethylenmoleküle haben sich
zu einem fadenförmigen
Makromolekül verbunden.
6
HC
HC
HC
HC
HC
HCHHHHHH
HC
CH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HC C C C
C C C
41
RIESIG GROSS UND DOCH SO WINZIG KLEIN – EIN GEDANKENSPIEL
Die Länge der Kettenmoleküle beträgt etwa ein Millionstel bis
ein Tausendstel eines Millimeters. Die Dicke der Kettenmole-
küle beträgt etwa zwei bis drei Zehnmillionstel eines Milli-
meters. Der Nobelpreisträger Staudinger sagte einmal: »Man
könnte diese Moleküle schon unter dem normalen Mikro-
skop sehen, wenn sie nicht so dünn wären.«
Bevor sich jetzt jeder mit dem nächsten Infoteil beschäftigt, sprecht in der Arbeitsgruppe darüber. Wenn es noch Fragen gibt, fragt euren Lehrer.
Vergrößern wir
im Gedanken-
versuch ein
Molekül auf die
Dicke von 1 m,
dann könnte es
bis zu 5 km lang
sein.
Ein Polyethylenwürfel von 1 mm3
(Kante 1 mm).
Die Oberfläche erscheint noch milchig
und strukturlos.
Er sieht aus wie ein Gewirr von
Fäden eines losen Bindfadenknäuels.
Würfel 100 x vergrößernWürfel 100 x vergrößern
Wü
rfe
l 10
0 x
ve
rgrö
ße
rn
Jetzt sieht er aus wie ein gepresster
Wattebausch. Die feste Masse ist in
Milliarden Fasern aufgelöst.
Würfel 100 x vergrößern
Jetzt erst wird das fadenförmige
Makromolekül sichtbar. Es besteht
aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-
atomen.
42
7. MILLIONEN BAUSTEINE MACHEN ERST DIE EIGENSCHAFT
Wir wollen heute mit einem Vergleich die Gründe für die Verschiedenheit der
Kunststoffe einsichtig machen. Er ist angelehnt an eine Äußerung Hermann
Staudingers, der damals das Neuartige der »Makromolekularen Chemie« klar-
machen wollte.
Das Makromolekül ist der Baustein.
Das Kunststoffprodukt ist das erstellte Gebäude.
Die Größe der Steine gibt dem Architekten die Möglichkeit der Anordnung und
damit der Gestalt der Bauteile.
Die Verbindung, der Mörtel zwischen den Steinen, verleiht dem Bau die ge-
wünschte Festigkeit.
Ebenso variieren die Eigenschaften der Kunststoffe je nach Größe, Gestalt, Ord-
nung und Bindung ihrer Makromoleküle, aber auch durch die Art der Anordnung
der am Aufbau beteiligten Atome in den Makromolekülen. Das Makromolekül
verhält sich also zum Kunststoffprodukt wie die Bausteine zum Gebäude. Ein
bekanntes Beispiel dafür ist die Polymerisation von Ethylen.
Englische Chemiker (E. W. Fawcett; R. G. Gibson) erfanden im Jahre 1933 die soge-
nannte Hochdruck-Polymerisation des Ethylens, die einen Druck von ca. 2.000
bar erforderte. Der Deutsche Karl Ziegler erfand 1953 das sogenannte Nieder-
druck-Polymerisations-Verfahren bei normalem Luftdruck.
Niederdruck-Verfahren (PE-HD) Hochdruck-Verfahren (PE-LD)
hohe Dichte: 0,94–0,96 g/cm³ niedrige Dichte: 0,92–0,94 g/cm³
zäh-hart, hoch-kristallin zäh-weich, niedrig-kristallin
wenig verzweigte Ketten stark verzweigte Ketten
wird verwendet u. a. für wird verwendet u. a. für
Benzintanks Folienherstellung
druckfeste Rohre Kabelummantelungen
Flaschentransportkästen Haushaltsgegenstände
Tanks bis 10.000 Liter Inhalt kleine, flexible Flaschen
High Density = hohe Dichte
Low Density = niedrige Dichte
43
Besprecht die Gegenüberstellung nun in der Gruppe.
Nicht alle in der Gegenüberstellung genannten Eigen-schaften sind dir bekannt, darum noch einige wichtige Infor-mationen.
Bindungskräfte in einem thermoplastischen Kunststoff
Daraus ist abzuleiten: Je länger die Molekülketten und je ausgeprägter die Wechselwirkun gen zwischen ihnen, desto breiter wird der Schmelzbereich.
Die zwischenmolekularen Kräfte – bei Kunststoffen sind dies meist nur die soge-
nannten »Van-der-Vaals-Kräfte« (nach dem Niederländer Van der Vaals) – sind
mitentscheidend für die physikalischen Eigenschaften der Kunststoffe. Sie be-
wirken, dass es bei Kunststoffen einen Temperaturbereich gibt, in dem sie vom
festen über einen pastösen in den flüssigen Zustand übergehen. Wohldefinierte
Umwandlungspunkte, Schmelzpunkte und Siedepunkte haben sie nicht.
Makromoleküle sind die Bausteine der verschiedenen Kunststoffe. Und viele Millionen dieser winzigen Bausteine zusammen ergeben erst einen greifbaren Stoff mit seinen besonderen Eigenschaften.
Aus einfachen Bausteinen lassen sich Bauteile und ganze Bauwerke herstellen,
Wohnhäuser, Fabrikhallen, Kathedralen; Konstruktionen, die nur der Baumeister
ersinnen konnte. Ähnliches gilt für die Makromoleküle, die auch wie Bausteine
sind. Aus ihnen lässt sich das Gebäude des Werkstoffs bauen und in vielfältige
Formen bringen.
Bei höheren Temperaturen
schwächer werdende
zwischenmolekulare Kräfte
Relativ temperaturbeständige
kovalente Bindungen
44
Auch können die kettenförmigen und verzweigten Makromoleküle untereinander
verschieden gelagert sein: entweder in völliger Unordnung ineinander verknäult
wie Filz oder Watte.
Diesen Zustand nennt man amorph (gestaltlos). Amorphe Kunststoffe sind
glasartig, transparent und meist spröde.
Oder die Kettenmoleküle liegen streckenweise in völliger Parallel-Ordnung (wie
Streichhölzer in der Schachtel). Die Makromoleküle können aber nicht in ihrer
ganzen Länge in so ein Gitter eingebaut werden, deshalb sind diese Bereiche
immer sehr klein. Man nennt diese Bereiche »Kristallite« (Krýstallos = Eis, Berg-
kristall). Ein Kristall ist ein Festkörper mit periodisch regelmäßig angeordneten
Bausteinen, Atomen, Ionen, Molekülen. Ein Kristallit ist ein willkürlich begrenztes
Kriställchen, ein Strukturelement. Die restliche Länge der Molekülfäden verteilt
sich auf biegefähige Schlaufen.
Teilkristalline Kunststoffe sind nicht klar durchsichtig, sondern opak, durch-
schimmernd, aber wärmebeständiger als amorphe.
Kunststoffe mit unverknüpften, linearen oder verzweigtenMakromolekülketten sind plastisch formbar.
Durch Erwärmen lassen sie sich in den plastischen Zustand bringen und formen.
Man nennt sie Thermoplaste (thermos = warm; plasso = bilden); sie sind also
wärmebildsam.
Kunststoffe mit räumlich verknüpften Makromolekülensind nicht mehr plastisch formbar.
Sind die Makromoleküle räumlich weitmaschig vernetzt, wird der Kunststoff
gummielastisch. Weitmaschig vernetzte Kunststoffe nennt man Elastomere.
Der Chemiker baut in die Molekülketten der Ausgangsstoffe in gleichmäßigen
Abständen »Haken und Ösen«, chemisch reaktive Moleküle, ein.
amorph
teilkristallin
Das Makromolekül kann
verschiedene Erscheinungs-
formen haben:
Thermoplaste sind ketten-
förmig eindimensional oder
strauchähnlich verzweigt.
Duroplaste sind netzförmig
eng verknüpft.
Elastomere sind weit-
maschig verknüpft. Duro-
plaste wie Elastomere sind
aber immer raumnetz förmig,
dreidimensional, als wären
übereinanderliegende Netze
miteinander verknotet.
45
Bei Zug oder Druck können die verknüpften Kettenteile aneinander vorbeigleiten,
sie können sich sogar elastisch strecken. Die Ketten selbst werden durch die ko-
valenten Primärbindungen im Ganzen zusammengehalten. Beim Nachlassen der
äußeren Kraft nehmen die Kettenteile infolge der »Wärmebewegung« wieder die
ursprüngliche verknäulte Lage ein (Memory-Effekt).
Sind die Makromoleküle dreidimensional eng vernetzt,bilden sie ein unlösbares starres Raumnetz.
Theoretisch sind sie ein einziges riesiges Molekül. Man nennt sie darum Duromere
(durus = hart). Bei Erwärmung verändern Duromere ihren Zustand nur unmerklich
und behalten bis zur Hitzezersetzung ihren starren Zustand.
Räumlich (dreidimensional) verknüpfte Makromoleküle.
Ausführlicher berichtet darüber die Sonderinformation 7 »Strukturen der Kunst-
stoffe«.7
46
ENERGIE SPAREN MIT KUNSTSTOFF
Im Kapitel 5 habt ihr folgende Werte für den Erdölverbrauch erfahren: Transport
45 Prozent, Energie und Heizung 42 Prozent, Kunststoff 4–6 Prozent, Andere
7–9 Prozent.
Mit 100 kg Öl kann eine Vierzimmerwohnung eine Woche lang beheizt werden.
100 kg Ölprodukte reichen gerade für eine Autofahrt von Mannheim nach Hamburg
und zurück. 100 kg Ölprodukte aber liefern der Kunststoffindustrie die Rohstoffe für:
55 m² Teppichboden aus Polyamid
oder alle Elektroisolierungen eines Hauses mit sechs Vierzimmerwohnungen
oder die Hälfte der darin installierten Abwasserleitungen
oder 3.500 Tragetaschen aus Polyethylen-Folie
oder 8.000 Joghurt-Becher aus Polystyrol
oder 13.000 medizinische Einwegspritzen aus Polypropylen.
Das sollte zu denken geben!
Schade um jeden Liter Öl, der unwiederbringlich durchden Schornstein oder durch den Auspuff gejagt wird.
Durch den Einsatz von Kunststoffen werden Energie und Rohstoff gespart, und
zwar in mancherlei Hinsicht: Ein großer Teil der Kunststoffproduktion wird zu
langlebigen Wirtschafts- und Gebrauchsgütern verarbeitet (z. B. Wärmedämm-
stoffe in der Bauindustrie). Gebrauchte Kunststoffgüter (z. B. auch Verpackungs-
materialien) können verwertet werden. In Deutschland beträgt die Verwertungs-
quote etwa 99 Prozent. Es kommen verschiedene Verwertungsverfahren zum
Einsatz, die später behandelt werden.
5
Wärmedämmung durch
vorfabrizierte Dämmplatten
oder durch direktes
Aufschäumen.
Z. B. aus solchen Kügelchen
entsteht eine Kunststoff-
wärmedämmung.
47
KUNSTSTOFF-SYNTHESE-VERFAHREN
Es kann zur Bildung von hochmolekularen Stoffen kommen, wenn man von
polyfunktionellen Verbindungen ausgeht. Zumindest müssen die Verbindungen
bifunktionell sein.
Funktionelle Gruppen (functio = Verrichtung) sind Wirkgruppen, das heißt Atom-
gruppen in organischen Molekülen, die besonders charakteristische Reaktionen
hervorrufen können, z. B. Aminogruppen, Hydroxylgruppen, aber auch Doppel-
bindungen.
Ein Eisenbahnzug lässt sich nur zusammenstellen, wenn sich an den Wagen vorn
und hinten Kupplungsmöglichkeiten befinden (bifunktionell).
Form und Dimension der in Reaktion tretenden Moleküle – auch die Anzahl und
die Stellung der in ihnen vorhandenen reaktiven (wirksamen) Gruppen – bestim-
men die Eigenschaften der Reaktionsprodukte.
Bei der Aneinanderreihung zweier Stoffe, die jeweils bifunktionell sind, entstehen
stets nur lineare Produkte, die sich durch Hitzeeinwirkung in den geschmolzenen
Zustand umwandeln.
Der Übergang zu unlöslichen, unschmelzbaren Harzen ist gewährleistet, wenn
mindestens einer der Ausgangsstoffe tri- oder sogar höherfunktionell (polyfunk-
tionell) ist.
POLYMERISATION
Sie ist eine chemische Reaktion zumeist unter Einfluss von besonderen Kataly -
satoren, die aus kleinen Bausteinen (Grundmolekülen) mit mindestens je einer
C=C-Doppel bin dung (Ausnahme: Methanal mit einer C=O-Doppelbindung) den
Zusammenbau einer Molekülkette bewirken. Die Doppelbindung wird aufgespal-
ten, dadurch werden kräftige Valenzbindungen zu den Nachbarmole külen frei. Es
bilden sich keine Nebenprodukte.
Die Grundmoleküle können gleich sein:
Ethylen polymerisiert zu Polyethylen (PE)
Vinylchlorid polymerisiert zu Polyvinylchlorid (PVC)
Styrol polymerisiert zu Polystyrol (PS)
6
Molekülmodelle funktio-
neller Gruppen; diese sind
reaktions fähige Teile der
Moleküle.
48
Es polymerisieren aber auch unterschiedliche ungesättigte Komponenten
miteinander:
z. B. zu Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat (SAN),
z. B. zu Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS).
Beide sind modifizierte Polystyrole.
POLYKONDENSATION
Sie ist eine chemische Reaktion zwischen bi- oder mehrfunktionellen Molekülen.
Dabei werden einfache Verbindungen wie Wasser oder Chlorwasserstoff abgespal-
ten. Bifunktionelle Verbindungen liefern viele thermoplastische Fadenmoleküle,
höherfunktionelle Moleküle dagegen ein einziges duroplastisches Raumnetzmole-
kül. Die bekanntesten Polykondensate sind
- Phenol-Formaldehyd-Harze (= Phenoplaste), duroplastisch,
- Polyamide (Nylon®-, Perlon®-Typen), lineare, thermoplastische Polyester,
- vernetzte Polyester als duroplastische Lacke und Gießharze.
POLYADDITION
Bei dieser chemischen Reaktion werden unter Wanderung von Wasserstoffatomen
mindestens bifunktionelle verschiedenartige Verbindungen stufenweise addiert.
Es entstehen keine Nebenprodukte. Zwei große Kunststoffarten werden heute
nach diesem Verfahren hergestellt: die Polyurethane und die Epoxidharze.
Man kann Kunststoffe nach ihrer Herstellung einteilen in:Polymerisate, Polykondensate, Polyaddukte.
Beim Mischen zweier
Komponenten (Isocyanat
und Polyol) entsteht Poly-
urethan-Hartschaum.
Ethylen polymerisiert zu Polyethylen = PE
Vinylchlorid polymerisiert zu Polyvinylchlorid = PVC
Styrol polymerisiert zu Polystyrol = PS
H
HC
H
H nC
H
HC
H
nC
H
HC
H
nC
H
HC
H
HCn
H
HC
HCn
H
HC
HCnCl Cl
49
STRUKTUREN DER KUNSTSTOFFE
Die Sonderinformation 6 gab Auskunft über die Syntheseverfahren und die Ein-
teilung in Polymerisate, Polykondensate, Polyaddukte. Eine andere Klassifizierung
kann man nach dem strukturellen Aufbau und damit nach dem Verhalten in der
Wärme vornehmen.
In einem linearen Molekül – bei einer molekularen Masse von über 10.000 ist es
aus 1.000 und mehr Atomen aufgebaut – sind die Kohlenstoff-Atome durch che-
mische Bindungen (kovalente Bindungen) miteinander verbunden. Die in konstan-
tem Abstand aufeinander folgenden C-Atome stellen aber kein starres Gebilde dar.
Die »Drehbarkeit« um die Achse der C-C-Bindungen innerhalb der Kohlenstoffkette
erlaubt dem Makromolekül alle möglichen Lagen. Aufgrund dieser Beweglich-
keit kann das Makromolekül als Ganzes verschiedenste Gestalt annehmen.
Die wahrscheinlichste Gestalt ist die lose Knäuelform. Die Makromoleküle ver-
knäulen und verschlaufen sich aber durch die thermische Molekularbewegung
auch untereinander.
Auch bestehen zwischen den Molekülketten zwischenmolekulare Kräfte (Van-der-
Vaals-Kräfte). Diese sind ganz entscheidend für das mechanische Verhalten der
Kunststoffe. Bei geringer thermischer Bewegung werden die ineinander verknäul-
ten Moleküle unentwirrbar zusammengehalten.
Von niedrigmolekularen Substanzen kennen wir alle das Schema der physika-
lischen Zustände:
Eis Wasser Dampf
fest flüssig gasförmig
Die Umwandlungsprodukte sind für jeden Stoff genau definiert.
Überlege einmal, warum die makromolekularen Stoffe keine definierten Schmelz- und Siedepunkte haben können. Stell dir vor, du müsstest durch Erwärmen den Makromole-külen mit den vielen tausend Atomgruppen so viel Energie mitteilen, dass sie sich ganz voneinander lösen wie die Was-sermoleküle, wenn Wasser verdampft. Die Makromoleküle der Kunststoffe werden vorher thermisch zerstört.
Gut zu erkennen ist die
zentrale schwarze Kette der
C-Atome eines Moleküls in
gestreckter Lage.
7
C CC
CCC
C CC
CCC
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C CC
CCC
C CC
CCC
C
C
C
C
CC
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
CC
6
50
Beim Kunststoff gibt es keine scharfen Temperatur-grenzen, bei denen er seine physika lischen Eigen- schaften schlagartig ändert.
Mancher Kunststoff kann bei Temperaturerhöhung über einen breiten Tempera -
turbereich hin erweichen. Die Sekundärbindung zwischen den Molekülketten
wird mehr und mehr überwunden. Diese Kunststoffe weisen so eine breite Ska-
la von Übergangsformen zwischen festem und flüssigem Zustand – etwa wie
Kerzen wachs – auf. Solche Zwischenzustände zwischen fest und flüssig sind
nur für Kunststoffe mit linearen oder verzweigten Makromolekülen möglich:
Thermoplaste. Allerdings kann man bei erhitzten Thermoplasten nicht von einer
Flüssigkeit im normalen Sinn sprechen. Man bezeichnet diese Eigenschaft besser
als plastisch-elastisch bis plastisch-fließbar. Diese Eigenschaft erweitert ihre
Anwendbarkeit und ermöglicht die besonderen Verarbeitungstechniken des
Prägens, Biegens und Tiefziehens im thermoelastischen Zustand, des Pressens,
Spritzgießens und Strangpressens im plastischen Zustand.
Ganz anders verhalten sich Polymere mit Makromolekülen, die durch chemische
Bindung in allen Richtungen des Raumes mehr oder weniger eng vernetzt sind.
Die Verknüpfungen sind auch bei hoher Temperatur nicht aufzulösen. Das bedeu-
tet Unschmelzbarkeit und damit verhältnismäßig hohe Wärmebeständigkeit, aber
auch die Unmöglichkeit des thermoelastischen Umformens.
Weitmaschig vernetzte Kunststoffe, Elastomere, lassen sich dehnen. Sie
schnellen dann wieder elastisch zusammen. Eine enge chemische Vernetzung
beeinträchtigt die thermische Beweglichkeit der Makromoleküle so weitgehend,
dass diese Stoffe nur in glasig-starrem Zustand vorliegen: Duromere.
Zur Verarbeitung werden ihre Vorprodukte noch als viskose Flüssigkeit durch
Gießen oder als plastische Masse geformt. Im Anschluss daran läuft der Vorgang
der »Härtung« durch dreidimensionale chemische Vernetzung.
51
TEIL C
VOM GRANULAT BIS ZUM AUFSETZEN 40 SEKUNDEN.
Im Zeittakt von 40 Sekunden kommen die Helmkörper aus der Spritzgießma-
schine, in der Stunde 90 Stück. Der Helmkörper ist fertig, es fehlen aber noch die
Einlagen, die das Tragen angenehm machen.
Den kleinen Körnchen, dem Granulat, sieht man es gar nicht an, was in ihnen
alles steckt. Die für die Aufgaben des Helms geforderten Eigenschaften vermag
ein einzelner Kunststoff zu leisten, in diesem Fall das Polyethylen. Dieses bringt
gute Oberflächeneigenschaften und gute Verarbeitbarkeit mit. Es hat ein gerin-
ges Gewicht und erleichtert daher das Tragen. Es ist hinreichend steif, beständig
gegen Spannungsrissbildung und hat eine hohe Schlagzähigkeit, die der spätere
Besitzer des Helms besonders zu schätzen weiß. Darum trägt er ihn ja auch.
Als teilkristalline Thermoplaste haben diese Formmassen eine Schmelztempe-
ratur von ca. 120 °C. Deshalb können sie mit den für Thermoplaste üblichen
Verfahren wie Spritzgießen und Extrudieren verarbeitet werden.
54
TEIL CVOM KUNSTSTOFF ZUM FERTIGPRODUKT
8. Be- und Verarbeitung von Kunststoffen
Grundlagen 56
Wichtige Verarbeitungsverfahren 58
Extrudieren 59
Spritzgießen 60
Kalandrieren 61
Extrusionsblasformen 62
Schäumen 63
Historisches 64
9. Berufe rund um Kunststoff 66
10. Dynamische Kunststoffindustrie 70
55
8. BE- UND VERARBEITUNG VON KUNSTSTOFFEN – GRUNDLAGEN
Für das Verarbeiten von Kunststoffen ist die Temperatur eine sehr wichtige Ein-
flussgröße. Das kann man am besten mit den »Zustandsbereichen« der Polymere
erklären. Zu deinem Verständnis soll die folgende Grafik eine Hilfe sein. Amorphe
Thermoplaste wie z. B. PVC-U (Hart-PVC) zeigen besonders deutlich, wie Erwärmen
ihr mechanisches Verhalten ändert, wie sie die verschiedenen Zustands bereiche
durchlaufen, wenn sie erwärmt oder abgekühlt werden.
Zur Ergänzung muss noch Folgendes gesagt werden: Die unterschiedliche Mole-
külstruktur der armorphen und teilkristallinen Thermoplaste bewirkt auch ein
unterschiedliches Formänderungsverhalten, das besonders beim Umformen
berücksichtigt werden muss.
Niedermolekulare Feststoffe (wie z. B. Eis) zeigen beim Erwärmen zunächst keine
merkliche Veränderung. Bei der Schmelztemperatur bricht die kristalline Struktur
zusammen, die Moleküle werden frei beweglich, der Stoff schlagartig flüssig.
Hochmolekulare Polymere dagegen zeigen schon deutlich unter dem Schmelz-
punkt wesentliche Veränderungen. Zuvor harte, spröde und steife Kunststoffe
werden in einem breiten Temperaturbereich zunächst weich und dann plastisch
verformbar.
Grafik und Informationen geben wichtige Hinweise zum Umgang mit diesen Werkstoffen. Versucht nun die Unter-schiede zwischen niedermolekularen und polymeren Fest-stoffen herauszuarbeiten, wobei ihr zusätzliche Anregungen der Sonderinformation 7 »Strukturen der Kunststoffe« ent-nehmen könnt.
Die Formgebung von Kunststoffen kann durch Urformen und Umformen erfolgen.
Die Formgebungsverfahren direkt aus den Formmassen nennt man Urformen.
ET = Erweichungs- bzw.
Erstarrungs- bzw.
Glastempe ratur-
bereich
FT = Fließtemperatur-
bereich
ZT = Zersetzungstem -
p eraturbereich
7
fest thermoelastisch thermoplastisch
Gebrauchs-
Umformen Urformen temperaturbereich
70 ̊ –90 ̊ C 150 ̊ –160 ̊ C 180 ̊ C
ET FT
ZT
56
Urformen ist das Fertigen von festen Körpern aus formlosem Stoff (Formmasse) durch Schaffen eines Zusammenhalts.
In der Kunststoffverarbeitung können Formmassen als Granulat, Paste oder
Lösung vorliegen. Urformen ist anwendbar bei Thermoplasten, Duroplasten und
Elastomeren.
Umformen ist die Weiterverarbeitung von Halbzeug aus Thermoplasten zu Formteilen.
Halbzeuge sind durch Urformen von Kunststoffrohstoffen hergestellte Erzeug-
nisse in Form von Folien, Tafeln, Rohren, Profilen und Blöcken. Aus diesen können
durch Umformen wie z. B. Abkanten, Biegen oder Tiefziehen Fertigerzeugnisse
hergestellt werden.
Die Gestaltänderung eines Halbzeugs in eine neue, endgültige Form erfolgt
meist durch Thermoformen. So wird eine Tafel zu einem Schacht abgekantet oder
ein Rohrende zu einer Muffe geweitet. Folien oder Platten werden zu Bechern,
Schachteln und Kühlschrankinnengehäusen umgeformt.
Das Prinzip: Durch Erwärmen werden Thermoplaste weich und verformbar. Mit
geringem Kraftaufwand können sie in diesem Zustand umgeformt werden. Wäh-
rend die Formkraft aufrechterhalten wird, wird gekühlt; der Werkstoff wird wieder
fest und formstabil. Seine ihm gegebene Form behält er bei.
Aber der so geformte Thermoplast kann sich seiner Ausgangsform auch »erinnern«.
Die Beweglichkeit der einzelnen Molekülketten ermöglichte die starke Verformung
des Werkstoffs. Wird nun erneut bis in den thermoelastischen Bereich erwärmt,
so »erinnern« sich die Moleküle an ihre vorherige geknäulte Form und nehmen
diese Ausgangslage wieder ein.
Granulat
Pulver
Lösung
Paste
57
BE- UND VERARBEITUNG VON KUNSTSTOFFEN –WICHTIGE VERARBEITUNGSVERFAHREN
MASCHINELLE VERFAHREN ERZEUGNISSE
Extrudieren Profile, Rohre, Tafeln, Folien,
Kabel- und Profilummantelungen
Extrusionsblasformen Hohlkörper
Kalandrieren Folien, Bahnen
Spritzgießen Formteile, z. B. Flaschenkästen,
Tassen, Zahnräder, Gehäuse
Pressen Formteile, Tafeln, Blöcke, Profile,
Laminate, Leiterplatten
Rotationsformen Hohlkörper
Schäumen Blöcke, Tafeln, Bahnen, Formteile
Gießen Folien, Blöcke, Formteile, Beschichtungen
Thermoformen Tiefziehen von Bechern, Verpackungen,
Wannen, Bootskörpern
Beschichten kunststoffbeschichtetes Gewebe,
Papier, Holz, Bleche
MANUELLE VERFAHREN ERZEUGNISSE
Gießen Formteile, Einbettungen
Schaumgießen Hohlraumverfüllungen, Beschichtungen,
Groß-Formteile
Thermoformen Biegen von Rohren und handwerkliche
Warmformungen
Nicht alle Verfahren können hier behandelt werden. Es sind nur die wichtigsten
ausgewählt. Auf den folgenden Seiten werden das Extrudieren, Spritzgießen,
Extrusionsblasformen und Schäumen näher erläutert.
Wenn du dir die Liste der Erzeugnisse ansiehst, muss dir etwas auffallen.
Unterhaltet euch in der Gruppe darüber. Das Beste ist, ihr macht euch Notizen, um eure Erkenntnisse mit denen der nächsten Information vergleichen zu können.
Ein Fenster hat die Prüfung
der Eckfestigkeit neben
einer Reihe anderer Prüf-
verfahren zu bestehen.
Auch andere Produkte wie
z. B. Kunststoffsitzmöbel,
Kunststoffflaschenkästen,
Kunststoffmülltonnen,
Kunststoffrohre werden vor
ihrer Verwendung noch
mancher kritischen Prüfung
unterzogen.
58
EXTRUDIEREN
Extrudieren (extrudere = heraustreiben). Dieses kontinuierliche (continuus =
lückenlos zusammenhängend; stetig, fortdauernd) Verfahren wird eingesetzt zur
Herstellung von Halbzeugen; so nennt man Folien, Tafeln, Profile, Rohre, Umman-
telungen, die noch weiterverarbeitet werden müssen, damit ein Gebrauchsgegen-
stand daraus wird. Als Formmasse werden Thermoplaste in Pulver- oder Granulat-
form (granulum = Körnchen) verwendet.
In einem beheizten Zylinder dreht sich eine Schnecke, welche die Formmasse nach vorn fördert, verdichtet, plastifiziert (auf-schmilzt) und homogenisiert (homogen = gleichmäßig). Vor den Schneckenzylinder ist ein Werkzeug gesetzt. Dieses gibt der plastisch austretenden Masse die gewünschte Form: z. B. Rohre, Profile, Tafeln, Folien.
Dieses Arbeitsprinzip entspricht etwa dem des Fleischwolfs. Der Unterschied:
Die Wand des Extruderzylinders ist geheizt und hat keine Rippen und die tief-
geschnittene Schraube, die »Schnecke«, ist viel länger als beim Fleischwolf.
Ein Versuch, der allerdings nur das Fördern zeigt: Eine große Holzschraube und
ein dazu passendes Reagenzglas, große Zuckerkörner o. Ä. als Granulat. Man
kann sehen: Das im Reagenzglas flachliegende »Granulat« wird von den Schrau-
bengängen vorwärts befördert.
Kühlung Heizung SchneckeGranulat
Antrieb
59
SPRITZGIESSEN
Das Verfahren ist stark verbreitet, weil damit auch komplizierte Formteile von
hoher Qualität und Maßgenauigkeit meist ohne Nacharbeit hergestellt werden
können. Es werden vorwiegend Thermoplaste und in geringem Maße auch Duro-
plaste und Elastomere verarbeitet.
Die Spritzgießmaschine besteht aus der »Spritzeinheit« und der »Schließeinheit«.
Die Spritzeinheit ist ein Extruder mit hin- und herbeweglicher Schnecke, die die
Formmasse fördert, plastifiziert und ausstößt.
Die Schließeinheit öffnet und schließt dasWerkzeug, in dessen Hohlraum die plastische Masse vom Schneckenkolben der Spritzeinheit über ein Angusssystem eingespritzt wird.
Spritzgegossene Teile und
Spritzgießmaschine
Einspritzen, unter
Nachdruck abkühlen
Plastifizieren und weiteres
Abkühlen
Entformen, fertig für den
nächsten Schuss
Antrieb
GranulatSchneckeHeizungKühlung
Werkzeug
60
KALANDRIEREN
Kalandrieren (calandrer = rollen, mangeln). Dieses Verfahren hat seine größte
Bedeutung bei der Herstellung von Folien aus PVC und beschichteten Geweben.
Kunststoffe, deren Schmelze sehr dünnflüssig ist (wie z. B. Polyethylen), können
auf Kalandern nicht verarbeitet werden.
Aus dem Kalander kommt Halbzeug in den meisten Fällen in Form von Folien, in
besonderen Fällen auch als Platten. Verwendungsmöglichkeiten: Kollegmappen
und Schulranzen, Planen, Bespannungen, Berufs-, Schutz- und Warnkleidung,
Hauben, Mappen, Ordner, Hüllen, Ringbücher, Taschen, Polster- und Schonbe-
zugfolien, auch für die Automobilinnenausstattung, Kinder- und Puppenwagen,
Dekorfolien, Lichtfilterfolien, Tapeten, Fußbodenbeläge, Folien für den Gartenbau
und vieles andere mehr.
Polyvinylchlorid wird im plastischen Zustand zwischen zwei oder mehreren Walzen zu einem endlosen Folienband breit-gewalzt. Nach Verlassen des Kalanders kann die Folie durch Prägen (z. B. mit Ledernarbung), Bedrucken, Beflocken, Metal-lisieren weiter behandelt werden.
Dieses Arbeitsprinzip entspricht ganz einfach der Teigrolle.
Folienziehen auf dem
Kalander
beheizteWalzen
Folie
Kunststoffmasse
61
EXTRUSIONSBLASFORMEN
Dieses Verfahren dient der Herstellung von Hohlkörpern aus Thermoplasten. Ein
Extruder presst einen fast plastischen Schlauch in ein zweiteiliges Hohlwerkzeug.
Durch das Schließen des Werkzeugs wird der Schlauch oben und unten luftdicht
abgequetscht. Ein geblasene Luft drückt ihn dann an die ab küh lenden Innenwän-
de des Werkzeugs und formt ihn so zum Hohlkörper.
3D-DRUCK
Zu den bekannten Be- und Verarbeitungsverfahren von Kunststoffen ist in der jün-
geren Vergangenheit eine neue Methode hinzugekommen: der 3D-Druck. Dabei
werden Gegenstände mit einem speziellen Drucker Schicht für Schicht dreidimen-
sional (3D) aufgebaut. Zunächst wurde 3D-Druck vor allem genutzt, um schnell
Prototypen für die spätere Serienfertigung herzustellen, dann auch, um gezielt
spezielle Ersatzteile zu produzieren oder Serien in kleinen Auflagen zu erstellen.
Der 3D-Druck ist ein so genanntes additives Fertigungsverfahren.Während bei
allen malerialabtragenden Verfahren wie Bohren, Fräsen oder Schneiden system-
bedingt Abfälle entstehen, gibt es beim 3-D-Druck kaum Materialverluste. Und
anders als beim Spritzgießen braucht man zum Drucken keine Form herzustellen.
3D-Druck eignet sich eher für kleine Objekte und nicht alle Kunststoffe sind dafür
geeignet.
Nun sprecht in der Klasse über die Verarbeitungs- verfahren.
62
SCHÄUMEN
Schäume begegnen uns häufig im täglichen Leben. Wir entspannen, wenn wir uns
im Badeschaum wohlig versinken lassen. Eischnee und Schlagsahne sind weitere
Beispiele alltäglicher Schäume, aber auch die Blume auf dem Bierglas.
Neben diesen vergänglichen Schäumen gibt es auch feste, dauerhafte Naturprodukte
mit schaumartiger Struktur, z. B. Naturschwamm, Kork, Tuffstein. Bei allen ist durch
zahlreiche luftgefüllte Hohlräume das Raumgewicht (die Dichte) stark verringert.
Schaumkunststoffe bilden eine besondere Gruppe der großen Familie der Schaum-
stoffe und werden nach verschiedenen Verfahren hergestellt. In die Grundmasse
wird wie beim Eischnee durch Rühren Gas eingebracht oder Gas wird wie bei der
Konditorsahne eingeblasen. Schließlich können schon bei der Herstellung der
Grundmasse chemische Treibmittel zugesetzt werden, in letzter Zeit Kohlendioxid
oder Cyclopentan. Beim Erstarren werden die Gasbläschen in der Gerüstsubstanz
fixiert und verleihen der Masse eine geringe Dichte.
Schaumstoffe haben in den vergangenen Jahren immer mehr an wirtschaftlicher
Bedeutung gewonnen, nicht zuletzt deshalb, weil sich viele Polymerisate (z. B.
Polyethylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid), Polykondensate (Phenol-, Harnstoff-,
Epoxid-, Polyesterharze) und Polyaddukte (Polyurethane) schäumen lassen.
Außerdem lassen sich Schaumkunststoffe nicht nur mittels spezieller Schäumverfahren herstellen. Auch Verfahren wie Spritzgießen und Extrudieren sind zur Herstellung von Schaumstoffen geeignet.
Unterhaltet euch nun in eurer Arbeitsgruppe über die Kunststoffverarbeitung. Zugegeben, es ist nicht so leicht, sich aus der Schilderung und den Bildern einen Eindruck von den Arbeitsvorgängen zu machen.
1) Diese Styrolpolymere enthalten ein Treibmittel ...
2) ... das beim Erwärmen ein Vorschäumen bewirkt. Lagerform lose geschüttet.
3) Beim Wiedererwärmen blähen die luftgefüllten Perlen auf, erweichen und
verschweißen unter Druck miteinander zu einem PS-Schaum-Formkörper.
1)
Ministurzhelm
2)
3)
63
BE- UND VERARBEITUNG VON KUNSTSTOFFEN –HISTORISCHES
Bei der Entwicklung der Kunststoffverarbeitung ging längere Zeit das Probieren
dem Studieren, d. h. der theoretischen Erkenntnis, voraus. Das kann man durch-
aus verstehen, wenn man sich die Vorgänge in einem Extruder vorstellt. Wegen
der hohen Temperaturen und Drücke muss der Extruder aus Stahl sein. Es ist also
nicht direkt zu beobachten, was an den einzelnen Stellen im Zylinder geschieht.
Es werden aus dem, was an der Maschine verändert wird, und dem, was sich
dadurch am Ergebnis ändert, Schlüsse gezogen, was in der Maschine wirklich
geschieht.
Heute helfen moderne Messinstrumente, einen Extruder schnell auf eine optimale
Arbeitsweise einzuregulieren.
Der Extruder hat eine über 100-jährige Geschichte und ist dennoch sehr jung,
wenn man die Geschichte des Schmiedens als Vergleich heranzieht.
Vorläufer des heutigen »Schmelzextruders« ist der Kautschukextruder. Ihm wird
das Rohmaterial in plastischer Form zugeführt. Nicht vulkanisierter Kautschuk
ist bei Raumtemperatur zäh-weich; auf 80 ° C erwärmt, wird die Masse plastisch,
und in diesem Zustand wurde extrudiert. Druck und Wärme im Extruder lösen
den chemischen Vorgang der Vulkanisation (Vernetzung) zum gebrauchsfertigen
Gummi aus. Das Gleiche geschieht in der Gummipresse.
1935 begannen Versuche, mit großen Kautschukextrudern einen Brei aus flüssi-
gem Weichmacher und PVC-Pulver zu verarbeiten. Die Konsistenz dieser Masse
entspricht etwa der des vulkanisierten Kautschuks. Damit begann die Weiterent-
wicklung dieses Verfahrens mit elektrisch beheizten Extrudern und Temperaturen
um 170 ° C zur Erzeugung von Weich-PVC.
1938 wurde Polystyrol in Körnerform im Extruder aufgeschmolzen. 1949 wurde
zum ersten Mal mit einem Extruder Polyethylen zu Blasfolien verarbeitet.
64
Ein weiteres Urform-Verfahren für Thermoplaste ist das Spritzgießen. In der
Sonderinformation 3 »Der erste Kunststoff – beinahe ein Sprengstoff« lesen
wir von der Maschine der Gebrüder Hyatt, mit der um 1870 herum Holzgriffe für
Rasierpinsel mit Nitrozellulose umspritzt wurden. Der Umgang mit Nitrozellulose
war gefährlich, zumal das Verfahren unter Druck und erhöhter Temperatur vor sich
ging. Vor allem wegen der leichten Entflammbarkeit stand Nitrozellulose einer
Verbreitung dieser Arbeitsweise im Wege.
Die erste brauchbare Spritzgießmasse wurde in Berlin entwickelt. Es war die
ungefährliche Acetylzellulose. Nach den Ideen dieser Erfinder wurde dann eine
Spritzgießmaschine gebaut, die schnell Verbreitung fand.
Für die Qualität des Produkts sind bei diesen Verfahren die Temperatur der Gieß-
form und die Abkühlgeschwindigkeit wichtig. Bei langsamerer Abkühlung nimmt
beispielsweise die Kristallinität und damit die mechanische Festigkeit zu.
Heute gibt es rechnergesteuerte Spritzgießmaschinen. Neben einem arbeitsfähi-
gen »Werkzeug« und einer Spritzgießformmasse benötigen sie keine dauerhafte
Bedienung. Sie können sogar selbstständig übliche Störeinflüsse ausregeln und
einen einmal vorgegebenen Arbeitstakt auch unter veränderten Bedingungen
einhalten. Doch diese technische Entwicklung macht den Menschen nicht über-
flüssig. Andere Aufgaben, wie Überwachung und Steuerung, kennzeichnen die
Arbeit des Kunststoffformgebers.
Sehr eindrucksvoll ist natürlich eine Betriebserkundung in einem kunststoffver-
arbeitenden Unternehmen.
3
65
9. BERUFE RUND UM KUNSTSTOFF
Kunststoffe sind Werkstoffe mit Zukunft. Schau dich einmal um und du siehst,
dass sie dein tägliches Leben begleiten. Mit Kunststoffen wird die Welt von heute
und morgen gestaltet. Das lässt sich leicht vorhersagen. Und damit werden Fach-
kräfte gebraucht, die den Umgang mit ihnen beherrschen. Kunststoffberufe sind
Berufe mit Zukunft.
Wie auch in anderen industriellen Bereichen hat sich in der Kunststoffindustrie
das Arbeitsumfeld gegenüber früher stark gewandelt. Moderne, rechnergestützte
Maschinen lassen schwere körperliche Arbeit zunehmend überflüssig werden.
Dafür stellen sich in der Erzeugung und Verarbeitung von Kunststoffen Überwa-
chungs- und Diagnoseaufgaben.
Die zunehmende Nachfrage nach Kunststofferzeugnissen und die Möglichkeit,
diese einsatzgerecht zu entwickeln, führten zur Herstellung leistungsfähigerer
Kunststoffe, für die wieder modernere Maschinen benötigt werden. Diese Ent-
wicklung erfordert immer neue und auch höhere Arbeitsqualifikationen. So bieten
sich heute besonders in der Kunststoffindustrie interessante Berufsbilder.
Versucht einmal die Entwicklung der Arbeitsplatzbe- dingungen im Hinblick auf die technischen Veränderungen aufzuzeigen. Denkt dabei an euch bekannte Berufe.
Es fällt euch sicher nicht schwer, für einzelne Industriezweige typische Berufe
aufzuzählen. Fallen euch für die Kunststoffindustrie auch Berufe ein, die z. B. dem
Mechatroniker / der Mechatronikerin, dem Metallbauer oder der Metallbauerin
entsprechen?
Obwohl sehr viele Menschen in der Kunststoffindustrie beschäftigt sind, ist es
euch sicherlich nicht ganz leicht gefallen, typische Kunststoffberufe zu finden. Es
gibt tatsächlich nur wenige spezielle Berufe in der Kunststoffi ndustrie.
In der Kunststofferzeugung ist das der Chemikant / die Chemikantin. Aufgabe ist
es, Produktionsablaufe in den riesigen Reaktoren meist von einem Leitstand aus
zu überwachen und zu steuern.Dabei müssen das einwandfreie Arbeiten der An-
lage kontrolliert und kleinere Mängel selbst behoben werden. Die Enderzeugnisse
dieser Produktion sind hauptsächlich Pulver und Granulat.
66
Diese ungeformten Massen werden anschließend zu Kunststofferzeugnissen
verarbeitet. Das ist die Aufgabe im Beruf »Verfahrensmechaniker/in – Kunst-
stoff- und Kautschuktechnik«. Sie planen die Fertigung von Kunststoff- und
Kautschukprodukten und richten Maschinen und Anlagen zur Herstellung ein. Sie
bedienen die Anlagen, das heißt, sie fahren die Anlage an, überwachen die einzel-
nen Produktionsschritte und regulieren ggf. den Produktionsvorgang. Die fertigen
Produkte kontrollieren sie hinsichtlich ihrer Qualität. Darüber hinaus warten sie
die Anlagen und halten sie instand. Außerdem überwachen sie die Einhaltung der
Arbeitssicherheits- und Umweltschutzbestimmungen.
Die Ausbildung ist in sieben verschiedene Fachrichtungen gegliedert.
Verfahrensmechaniker mit dem Schwerpunkt Halbzeuge sind Spezialisten bzw.
Spezialistinnen für die besonderen Herstellungsverfahren Extrudieren, Kalandrie-
ren, Beschichten und Schäumen. So können Halbzeuge wie zum Beispiel Folien,
Rohre, Bänder, Blöcke, Stäbe oder Bodenbeläge hergestellt werden.
In der Fachrichtung Formteile geht es um die besonderen Herstellungsverfah-
ren Spritzgießen, Blasformen, Pressen und Schäumen. So können zum Beispiel
Gehäuseabdeckungen, Spielzeuge und Getränkekisten hergestellt werden.
Die Fachrichtung Mehrschicht-Kautschukteile ist spezialisiert auf die Herstellung
von Halbzeugen und Fertigteilen mit eingearbeiteten Verstärkungsmaterialien. In
speziellen Fertigungsverfahren werden zum Beispiel Keilriemen der Förderbänder
hergestellt.
Spezialistinnen und Spezialisten für die Bearbeitung von Halbzeugen und für die
Bearbeitungsverfahren wie Laminieren, Auskleiden oder Folienschweißen bildet
der Schwerpunkt Bauteile aus. Mit Hilfe dieser Techniken werden Bauteile für
Windkrafträder oder Boote hergestellt.
Die Fachrichtung Kunststofffenster ist spezialisiert auf die Herstellung energetisch
hochwertiger Fenster- und Türenelemente.
Verfahrensmechaniker/innen der Fachrichtung Faserverbund sind spezialisiert auf
das Verbinden von zwei Vorprodukten zu einem neuen Material. So können bei-
spielsweise große Teile von Flugzeugen hergestellt werden.
Die Fachrichtung Compound- und Masterbatchherstellung vermittelt, wie Kunst-
stoffgemische hergstellt werden, wie aus einem klaren Kunststoff beispielsweise
ein blauer Flaschenkasten wird.
67
Der Ausbildungsberuf Werkstoffprüfer/in Fachrichtung Kunststofftechnik verbin-
det die beiden Bereiche Prüfung und Herstellung. Die Auszubildenden lernen, wie
Kunststoffprodukte hergestellt und wie diese dann auf ihre Vielzahl von Heraus-
forderungen, beispielsweise die Qualität betreffend, geprüft werden.
Kunststofftechniker oder -technikerinnen sind zwischen Facharbeiter/innen und
Ingenieur/innen angesiedelt. Sie müssen eine abgeschlossene Berufsausbildung
in einem einschlägigen Beruf nachweisen. Nach der Fachschulausbildung arbei-
ten sie sowohl in der Kunststofferzeugung und Kunststoffverarbeitung als auch im
Kunststoffmaschinenbau. Die Arbeitsschwerpunkte liegen in der Planung, Ent-
wicklung, Konstruktion und Arbeitsvorbereitung.
Natürlich gruppieren sich um diese vier Berufsbilder noch eine Menge anderer
Berufe, die hier nicht alle behandelt werden können. An erster Stelle ist sicher der
Chemiker bzw. die Chemikerin zu nennen, dann eine ganze Reihe von Ingenieu-
rinnen oder Ingenieuren der unterschiedlichsten Fachrichtungen. Informiert euch
nun bei der Berufsberatung oder in einschlägigen Publikationen der Agentur für
Arbeit und erarbeitet die Berufsprofile. Fragt auch bei der Industrie- und Handels-
kammer und bei Betrieben nach.
Überlegt euch, warum für die rechts aufgeführten Berufe Kenntnisse über Kunststoffe wichtig sind.
68
Gas- und Wasserinstallateur Tischler
Maler und Lackierer Dachdecker
Glaser Karosseriebauer
Bootsbauer Apparatebauer
Modellbauer Werkzeugmechaniker
69
10. DYNAMISCHE KUNSTSTOFFINDUSTRIE
Die Struktur der deutschen Kunststoffindustrie ist in der Kunststofferzeugung
durch Großunternehmen, in den Bereichen Verarbeitung und Maschinenbau
durch eine Vielzahl kleiner bis mittelständischer Betriebe gekennzeichnet. Insge-
samt gibt es laut Statistik ca. 3400 Unternehmen.
In der Kunststoffindustie in Deutschland waren im Jahr 2017 mehr als 400.000
Menschen beschäftigt. Sie finden dort einen Arbeitsplatz mit Zukunft. Zu den
unmittelbar Beschäftigten in der Kunststoffindustrie kommen noch viele weitere
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in der Kunststoff-Wertschöpfungskette hinzu
Der Umsatz in Kunststofferzeugung, -verarbeitung und -maschinenbau belief sich
2017 auf insgesamt rund 100 Milliarden.
KUNSTSTOFFINDUSTRIE DEUTSCHLAND 2017
Unternehmen Beschäftigte
Umsatz
in Mrd. Euro
Kunststofferzeugung 200 52.000 27,0
Kunststoffverarbeitung 2.950 323.000 64,0
Kunststoff- und
Gummimaschinenbau
250 31.000 8,0
Kunststoffindustrie gesamt ~ 3.400 ~ 406.000 100
Die Struktur der deutschen Kunststoffindustrie ist in den Bereichen Verarbeitung
und Maschinenbau durch eine Vielzahl mittelständischer Betriebe gekennzeich-
net. Insgesamt setzt die Kunststoffindustrie jährlich rund 88 Milliarden Euro um.
70
25 %
11%
6 %
4 %
3 %
3 %
2 %
31 %
15%
DEUTSCHLAND – VERBRAUCH KUNSTSTOFF-WERKSTOFFE 2017
Gesamt-Kunststoffverbrauch
= 100 Prozent
Bau
Automobil
Verpackung
Elektro- und Elektronik
Landwirtschaft
Haushalt/Sport
Möbel
Medizin
Sonstige
Quelle: PlasticsEurope Market
Research Group (PEMRG)
14,4 Mio. Tonnen
71
72
TEIL D
KUNSTSTOFFE UND UMWELT – DIE BILANZ IST POSITIV
73
Windkraftanlagen wie diese gehören in Deutschland vielerorts zum gewohnten
Landschaftsbild. Auch wenn unser Bedarf bis jetzt nur zu einem kleinen Teil ge-
deckt wird, so sind solche Windräder doch ein Beispiel dafür, wie Kunststoffe zum
Nutzen der Umwelt eingesetzt werden. Denn die riesigen Rotorblätter bestehen
aus faserverstärkten Kunststoffen.
Kunststoffe sind vielfältig einsetzbare, hoch leistungsfähige Werkstoffe, die einen
erheblichen Beitrag zur Entlastung der Umwelt leisten. Sie erlauben es wie kaum
eine andere Werkstoffgruppe, sparsam mit Energie und Rohstoffen umzugehen,
und tragen dadurch dazu bei, die gesellschaftlichen Zielvorstellungen des nach-
haltigen Wirtschaftens zu verwirklichen, also den schonenden Umgang mit den
natürlichen Ressourcen unter Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und
sozialer Aspekte.
Lediglich vier bis sechs Prozent des Erdöl- und Erdgasverbrauchs gehen in die
Produktion polymerer Werkstoffe. Dies stellt eine der höchsten Wertschöpfungen
dieser begrenzten Ressource dar. Kunststoff aus Erdöl hat im Gegensatz zur ein-
maligen Nutzung durch Verbrennen langfristigen Nutzen.
Gerade während der Gebrauchsphase leisten Kunststoffe ihren großen Beitrag zur
Ressourcenschonung. Zahlreiche Beispiele der verschiedenen Anwendungen wie
Verpackung, Bau, Automobil, Elektro usw. belegen dies.
74
TEIL DKUNSTSTOFF UND UMWELT
11. Nachhaltigkeit 76
Ganzheitliche Umweltbewertung 78
12. Kunststoffe und Umweltauswirkungen 79
Ressourcen schonen mit Kunststoff 79
Müll im Meer – Marine Litter 81
Beispiele: Kunststoffe im Dienst der Umwelt 83
Verpacken ohne Kunststoff? 87
13. Ein zweites Leben für Kunststoffe 89
Werkstoffliches Recycling 89
Rohstoffliches Recycling 90
Energetische Verwertung 90
Heizwerte verschiedener Materialien (Ca.-Angaben) 91
Sonderfall: biologisch abbaubare Kunststoffe 92
75
11. NACHHALTIGKEIT
Nachhaltigkeit hat grundsätzlich drei Säulen: Ökonomie, Ökologie und Soziales.
Kunststoffe leisten zu allen drei Säulen ihre Beiträge.
Auf der Umweltkonferenz der Vereinten Nationen in Rio de Janeiro im Jahre 1992
wurde nachhaltiges Wirtschaften als weltweite Maßnahme zum Erhalt der Umwelt
formuliert. In Deutschland wurde es in die nationalen Zielsetzungen aufgenom-
men. Es bedeutet, die Bedürfnisse der gegenwärtigen Generationen zu erfül-
len, ohne die der künftigen zu beeinträchtigen.
Der Ursprung dieses Prinzips geht auf die Forstwirtschaft zurück: Jedes Jahr soll
nur so viel Holz geschlagen werden, wie innerhalb eines angemessenen Zeit-
raums nachwachsen kann. Die Menge des Holzes im Wald bleibt damit über die
Jahre gleich und der Bedarf kann über mehrere Generationen hinweg befriedigt
werden. Dafür muss Holz sparsam verwendet werden. Bei Rohstoffen wie Eisen
oder Erdöl, die nicht nachwachsen, ist sparsamer Umgang und konsequente
Verwertung gebrauchter Güter umso bedeutsamer. Nachhaltiges Wirtschaften
bedeutet daher in ganz besonderem Maße, Rohstoffe und Energie für die Zukunft
zu sichern. Derzeit stammt der größte Teil der Energie aus nicht erneuerbaren
Quellen wie Kohle, Erdöl oder Erdgas. Mit ihnen muss man sparsam umgehen.
Alternativen müssen rechtzeitig verfügbar sein, ehe die endlichen Ressourcen
aufgebraucht sind. In der Entwicklung zukunftsfähiger Energietechniken liegt der
Schlüssel in der nachhaltigen Wirtschaft. Dies kann nur bei intelligenter Nutzung
der heutigen Energieträger gelingen. Doch davon sind wir derzeit weit entfernt. In
Kapitel 5 »Vom Erdöl zum Kunststoff« wurde gezeigt, dass vier bis sechs Prozent
des Erdöls und Gas in polymere Werkstoffe umgewandelt werden, rund 80 Pro-
zent dagegen werden verbrannt. Kunststoffe können zum intelligenten Umgang
mit Energie beitragen. Bei den Herausforderungen der Zukunft spielen Kunststoffe
eine besondere Rolle.
Die Energiequellen der Zukunft sind »erneuerbare«: Die Sonne, aber auch Wind-
und Wasserkraft werden genutzt. Dies wird vom Einsatz polymerer Werkstoffe we-
sentlich unterstützt. Faserverstärkte Kunststoffe bewähren sich dabei besonders.
Rotoren für Windkraftanlagen können mit glatteren Oberflächen ausgestattet wer-
den und haben zudem eine geringere Masse, was den Wirkungsgrad verbessert.
Für Teile von Sonnenkollektoren sind Kunststoffe wegen ihrer Isoliereigenschaf-
ten für Strom und Wärme geeignete Werkstoffe. Sie sind leicht zu verarbeiten und
haben ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Strom und Wärme aus der Sonne
werden mit ihnen erschwinglich. So tragen Kunststoffe zur Sicherung künftiger
Energiequellen bei.
76
77
GANZHEITLICHE UMWELTBEWERTUNG
Beim Einsatz von Kunststoff steht die Nutzung und Verwendung der gefertigten
Produkte im Fokus. Das Ziel ist, möglichst wenig Energie und Ressourcen für die
Herstellung einzusetzen und gleichzeitig für die Nutzung zu sparen. Auch ist die
Kunststoffverwertung am Lebensende ressourceneffizient.
Betrachtungen über den gesamten Lebenszyklus können z. B. mithilfe von Öko-
bilanzen angestellt werden. Einen Teil einer solchen Ökobilanz habt ihr für den
Stoßfänger eines Autos schon durchgerechnet. Vollständige Ökobilanzen sind
sehr viel aufwändiger, denn es werden neben energetischen Umweltauswirkun-
gen auch weitere wie Treibhauseffekt, Abbau der Ozonschicht, Versauerung von
Böden usw. erfasst. Ihr habt euch mit euren Berechnungen zum Stoßfänger schon
ein recht gutes Bild verschafft. Die Erfassung des Gesamtbilds ist jedoch höchst
komplex. Aber auch mit einer Gesamtbetrachtung erweist sich, dass sich die
Vorteile der Kunststoffe vor allem in der Gebrauchsphase auszahlen.
Die 80 / 20 -Regel ist eine Faustregel. Sie besagt, dass die allermeisten Primärressourcen in
der Gebrauchsphase eines Produkts aufgewendet werden müssen. Sie gilt grob fast überall,
bei Autos wie bei Fernsehgeräten.
80 %
Gesamtressourcenverbrauch
eines Produktes wird durch
Gebrauchsphase dominiert
Gebrauchsphase
Produktion und
Entsorgung
20 %
78
12. KUNSTSTOFFE UND UMWELTAUSWIRKUNGEN
RESSOURCEN SCHONEN MIT KUNSTSTOFF
Werden Kunststoffe materialgerecht eingesetzt, kann mit ihnen viel für die Um-
welt getan werden. Sie können helfen, natürliche Ressourcen zu schonen und
einem nachhaltigen Wirtschaften näher zu kommen.
Kunststoffe werden überwiegend zur Herstellung von langlebigen Produkten
entwickelt und eingesetzt. Gerade diese Langlebigkeit ist ein großer Vorteil, etwa
bei Bauanwendungen, im Fahrzeugbau oder bei den riesigen Rotoren von Wind-
energieanlagen. Kunststoffe können auch helfen, die Nutzungsdauer anderer
Werkstoffe zu verlängern. Denkt z. B. an den Lack der Autos oder den Anstrich von
Brücken, die den Rostfraß an Stahl auch dann verhindern, wenn im Winter Salz
gestreut wird. Werden Kunststoffprodukte lange Zeit genutzt, tragen sie dadurch
auch zur Verringerung des Abfallaufkommens und damit zur Entlastung der Um-
welt bei.
Gebrauchsdauer von Kunststoffen in verschiedenen Produkten oder Anwendungen langfristig
Angenommen, ein Wohnhaus ist für drei bis vier Generationen gebaut worden,
welche Lebensdauer wird dann von Wasserleitungen, Abflussrohren, Kabeliso-
lierungen, Wärmedämmungen usw. erwartet? Ihr könnt euch bei euren Über-
langfristig (über 8 Jahre) kurz- und mittelfristig (>1 bis <8 Jahre)
Besprecht in der Gruppe, in welchen Bereichen Kunst-stoffe langfristig genutzt werden. Versucht einmal genauer zu ermitteln, wie lange es dauert, bis die Nutzung der Erzeug -nisse endet.
79
Überlegt in der Gruppe an einem Beispiel zuerst nur, welche Umweltbelastungen durch Herstellung, Gebrauch und Verwertung von Produkten entstehen.
legungen an der Abbildung orientieren. Wie ihr dort ablesen könnt, liegt laut
Faustregel der Anteil der Kunststoffprodukte mit hoher Lebensdauer bei etwa 60
Prozent, der Anteil der kurz- und mittelfristig eingesetzten bei etwa 40 Prozent.
Um die eingangs gestellte Frage beantworten zu können, ist es notwendig, die
Nutzungsdauer der Kunststoffprodukte zu betrachten: Es muss ermittelt werden,
wo und wann sie Auswirkungen auf die Umwelt haben, und zwar von der Erzeu-
gung der Kunststoffe über die Herstellung von Produkten und deren Nutzung
bis zur endgültigen Verwertung. Man muss schauen, wie schwerwiegend diese
Auswirkungen sind und welche alternativen Möglichkeiten bestehen. Die Frage ist
z. B., wie viel Umweltbelastung ein Bauteil für ein Auto verursacht und was es für
die Umwelt bedeutet, wenn dieses Teil effizienter gestaltet wird und so etwa der
Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann.
Vergleicht dazu einen Auto-Stoßfänger aus Kunststoff mit einem chromglänzen-
den aus Stahl. Für eine zahlenmäßige Betrachtung soll nun überlegt werden, was
es bedeuten würde, 25 kg Polypropylen am Auto wieder durch Stahl zu ersetzen.
Polypropylen wird zum Beispiel zur Herstellung von Stoßfängern oder zur Aus-
kleidung für die Radkästen verwendet. Um 1 kg dieses Kunststoffs zu erzeugen,
werden 1,78 l Erdöl benötigt. Als Faustregel soll gelten, dass 25 kg Kunststoff
mindestens 50 kg andere Materialien ersetzen. Für 1 kg Stahl wird neben dem
Stahl selbst auch noch etwa so viel Energie benötigt, wie in 0,7 l Erdöl steckt.
Pro 100 kg Gewichtsersparnis verbrauchen moderne Fahrzeuge auf 100 km rund
¼ l Treibstoff weniger. Ein Auto in Deutschland fährt im Lauf eines Jahres etwa
12.000 km und es bleibt etwa zwölf Jahre in Gebrauch.
Versucht nun abzuschätzen, wie die Bilanz des Ener-gieverbrauchs für die beiden Alternativen aussieht. Überlegt, was geschieht, wenn das Auto nach rund zwölf Jahren ver-schrottet wird. Was geschieht dann mit der Energie, die bei der Fahrzeugproduktion hineingesteckt wurde?
Besprecht in der Gruppe, in welchen Bereichen Kunst-stoffe langfristig genutzt werden. Versucht einmal genauer zu ermitteln, wie lange es dauert, bis die Nutzung der Erzeugnisse endet.
80
MÜLL IM MEER – MARINE LITTER
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, wie Müll und Abfälle in die Umwelt gelangen
können. Wie dies genau passiert, hängt vom Verhalten jedes Einzelnen, von der
jeweiligen Region, in der jemand lebt, von den jeweils verfügbaren Möglichkeiten
und Angeboten zur Müllentsorgung und anderen Faktoren ab. Fest steht: Am
besten sollte überhaupt kein Müll unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Dazu
kann und muss jeder Einzelne beitragen, indem er etwa möglichst wenig Müll
produziert und den entstehenden Abfall jeweils korrekt entsorgt.
Wir in Deutschland sind es heute gewöhnt, unsere Abfälle zu sortieren und je
nach Abfallart in verschiedene Mülltonnen zu werfen. Biomüll, Papier, Wertstoffe
und Restmüll werden getrennt gesammelt. Hinzu kommen Sammelstellen etwa
für Altkleider, Altglas, Elektrogeräte oder Bauschutt. Der gesammelte Abfall wird
dann entweder recycelt oder rohstofflich bzw. energetisch verwertet. Unbehan-
delt landet in Deutschland praktisch kein Haushaltsabfall mehr auf der Deponie.
Hierzulande beträgt die Verwertungsquote für verbrauchernahe Kunststoffabfälle
inzwischen 99 Prozent. Das ist ein großer Erfolg. Doch in vielen anderen Ländern,
auch in Europa, ist die Abfallentsorgung leider deutlich schlechter organisiert; der
Müll wird, anders als in Deutschland und einigen anderen EU-Ländern, zum Teil
81
noch immer einfach auf Müllkippen abgelagert. In wieder anderen Ländern der
Erde gibt es vielleicht Sammlungen, aber diese werden nicht richtig genutzt, oder
Müll wird überhaupt nicht gesammelt und abgeholt. Weltweit haben heute Milliar-
den Menschen keinen Zugang zu kontrollierter Müllentsorgung. Dies ist auch eine
der Hauptursachen für Müll im Meer – englisch Marine Litter –, ein besonders
schwerwiegendes, weiter wachsendes Problem.
Studien zufolge gelangen weltweit etwa 80 Prozent der Abfälle, die sich im Meer
finden, vom Land ins Wasser. Acht Länder sind für fast zwei Drittel des Abfalls in
den Weltmeeren verantwortlich. Kunststoffabfall, der sich heute im Meer findet,
ist im Wesentlichen Resultat schlechten Abfallmanagements, des Fehlens passen-
der Verwertungs-Infrastrukturen und falschen Verhaltens.
Niemand weiß heute genau, wieviel Müll in den Meeren treibt. Klar ist aber: Der
Eintrag muss schnell und wirksam verringert werden, denn er fügt der Umwelt
schweren Schaden zu. Für die Tiere im Meer wird der Müll oft sogar zur tödlichen
Falle: Seehunde verfangen sich in Seilen und Schnüren, Fische nehmen den
Müll auf, auch Vögel verwechseln Kunststoffteile mit Nahrung. Immer wieder
findet man tote Seevögel mit Plastikteilchen im Magen. Hinzu kommt, dass die
allermeisten Kunststoffe sich biologisch nicht leicht abbauen und sich daher
82
ansammeln. Dabei wird für Kunststoff genau das zum Problem, was eigentlich
sein großes Plus ist: die lange Lebensdauer. Bis zur völligen Zersetzung vergehen
Jahrzehnte bis Jahrhunderte, denn zunächst zerfällt ein Produkt aus Kunststoff
lediglich in immer kleinere Partikel. Gerade deshalb ist es immens wichtig, dass
alle Abfälle und insbesondere Kunststoffabfälle stets richtig entsorgt werden.
In Deutschland und einigen anderen Ländern vor allem in Europa stehen dafür
alle nötigen Voraussetzungen zur Verfügung. Im übrigen Europa und auch global
müssen nun schnell die nötigen Voraussetzungen dafür geschaffen werden, dass
auch dort Abfälle künftig ordnungsgemäß gesammelt und verwertet werden kön-
nen und bald nichts mehr ins Meer gelangt. Es braucht weltumspannende An-
strengungen für ein besseres Abfallmanagement. Die Gesellschaft insgesamt, die
Politik und nicht zuletzt auch die Industrie sind gefordert, dazu beizutragen, dass
die Meere wieder sauberer werden.
BEISPIELE: KUNSTSTOFFE IM DIENST DER UMWELT
Ganz klar: Plastikmüll im Meer schadet der Umwelt. Kunststoffe können der Um-
welt aber auch wertvolle Dienste leisten. Zum Beispiel in der Mobilität. Die Belas-
tung der Umwelt durch Autofahren sinkt mit sinkendem Kraftstoffverbrauch. Das
83
Gewicht des Fahrzeugs sowie die Motoreneffizienz sind entscheidende Faktoren
zur Reduzierung des Verbrauchs. Dies hat das Beispiel des Stoßfangers verdeut-
licht. Die Entwicklung sollte daher eigentlich zu immer leichteren Automobilen
führen. Tatsächlich sind die Fahrzeuggewichte in der jüngeren Vergangenheit aber
eher gestiegen. Die Gewichtsersparnis durch Kunststoff wurde von immer mehr
Komfort und mehr Sicherheit kompensiert. Vergleicht einmal einen VW Käfer des
Jahres 1970 mit einem modernen Auto: Heute selbstverständliche Ausstattungs-
merkmale wie elektrische Fensterheber, elektrisch verstellbare Außenspiegel,
Automatikgurte und vieles mehr fehlen, ganz zu schweigen von Airbags, Sitzhei-
zung oder Klimaanlage.
Der durchschnittliche Anteil an Kunststoffen im Pkw beträgt heute etwa 15 Ge-
wichtsprozent. Etwa 2.000 Teile beim modernen Auto sind aus Kunststoff, vom
einfachen Clip oder Schalter bis hin zu Motor- und Karosserieteilen, Beleuch-
tungseinheiten, Panoramadächern oder Airbags.
Auch in anderen Bereichen von Transport und Verkehr wird die Rolle der Kunst-
stoffe im Interesse der Umwelt immer bedeutender. Dicht besiedelte Gebiete mit
überlasteten Straßennetzen benötigen möglichst leichte, schnelle, sparsame
und emissionsarme Verkehrsmittel, die eine große Zahl von Menschen befördern
können. Ein Schweizer Hersteller fertigt in einem Stück ganze Aufbauten für Ei-
senbahnwagen aus faserverstärktem Kunststoff. Solch ein Wagen führt zu Ein-
sparungen von Rohstoffen und Energie, denn der Verschleiß an Schienen, Motor
und Fahrwerk ist geringer, und die Lok muss weniger Gewicht ziehen. Beim Bau
von Verkehrsflugzeugen verläuft die Entwicklung ähnlich. Bei Rumpf und Flügeln,
Höhen- und Seitenruder sowie im Innenraum überzeugen Kunststoffe durch hohe
Festigkeit bei geringem Gewicht. Immer geht es darum, den Treibstoffverbrauch
und damit die Belastung für die Umwelt herabzusetzen, ohne Komfort oder Si-
cherheit zu beeinträchtigen.
Kunststoffe am Haus schonen Energie und Rohstoffe. Der Einsatz der Energie für
die Produktion von Wärmedämmstoffen rechnet sich energetisch bereits im ers-
ten Jahr. Denn zur Herstellung von einer Tonne Kunststoffschaum zum Dämmen
eines Gebäudes werden rund 2.500 Liter Heizöl benötigt. In der Anwendung spart
diese eine Tonne Dämmstoff aber Jahr für Jahr den Energieinhalt von 3.300 Litern
Heizöl. Bei einer Anwendungsdauer von 50 Jahren werden mit einem Energieein-
Überlege einmal, was es bedeuten würde, wenn die Kunststoffe in den Automobilen andere Werkstoffe nicht ersetzt hätten und damit einer Gewichtszunahme nicht ent-gegengewirkt worden wäre. Wie viel schwerer wäre ein Auto und wie viel höher der jährliche Treibstoffverbrauch in Deutschland bei rund 43 Millionen Pkws?
84
satz von 2.500 Litern Heizöl so über die gesamte Anwendungsdauer der Dämm-
stoffe gesehen mehr als 160.000 Liter Heizöl gespart.
Mit einer solch guten Wärmedämmung werden primäre Energieressourcen wie
Erdöl und Gas geschont, und nebenbei wird auch der Kohlendioxid-Ausstoß
drastisch verringert.
Etwa ein Drittel des gesamten Kunststoffeinsatzes entfällt auf Verpackungen.
Kunststoffverpackungen sind sehr effizient und leicht. Schon bei der Herstel-
lung wird wenig Material und wenig Energie benötigt, beim Transport von mit
Kunststoff verpackten Gütern wird wenig Treibstoff verbraucht. Außerdem sind
die Verpackungen praktisch: Verbraucher erwarten von Verpackungen, dass sie
das verpackte Gut vor Beschädigung und Kontamination schützen – bei Lebens-
mitteln ebenso wie bei Medikamenten oder elektronischen Geräten. Und wer sich
für ein Produkt entscheidet, der möchte es vorher sehen und sicher sein, dass es
den Erwartungen entspricht. Kunststoffverpackungen bieten genau diese Trans-
parenz. Hinzu kommen einfache Handhabbarkeit, günstiger Preis und gute Ver-
wertbarkeit. Wichtig ist, dass die Verpackungen nach Gebrauch richtig entsorgt
werden. Denn sie leisten viel mehr für den Umweltschutz, als es auf den ersten
Blick scheint.
85
Verpackungen für Lebensmittel sind besonders wichtig. Auch hier ist die Verpa-
ckung ganz sicher kein Selbstzweck. In der Dritten Welt gehen bis zu 50 Prozent
der Nahrungsmittel verloren, in Europa verderben nur etwa drei Prozent der Le-
bensmittel, bevor sie den Verbraucher erreichen – auch, weil Verpackungen den
Inhalt effizient und sicher schützen.
Wie so oft in unserer modernen Welt war die Natur Beispiel und Vorbild auch
für die Verpackung. Keine Banane, Orange oder Zitrone, kein Nusskern, von der
Erdnuss bis zur Kokosnuss, ist ohne schützende Schale. Und die ist keineswegs
einheitlich.
Schließlich soll die Lebensmittelverpackung auch die Gesundheit des Verbrau-
chers schützen. Von der Verpackung selbst darf natürlich kein Gesundheitsrisiko
ausgehen. Entsprechend unterliegen alle Gegenstände, die dazu bestimmt sind,
beim Herstellen, Behandeln, Inverkehrbringen oder dem Verzehr von Lebens-
mitteln verwendet zu werden, und dabei mit den Lebensmitteln in Berührung
kommen, dem Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetz (LMBG). Hierzu
zählen auch Lebensmittelverpackungen. Das Gesetz enthält Verbote zum Schutz
der Gesundheit sowie zum Übergang von Stoffen auf Lebensmittel. Unter welchen
Bedingungen Kunststoffverpackungen diesen Anforderungen entsprechen, wird
durch Verordnungen geregelt. Die zuständigen Aufsichts- und Untersuchungsäm-
ter kontrollieren, dass die Vorschriften eingehalten werden.
Neben Aspekten des Gesundheitschutzes und der Produktsicherheit bieten
Kunststoffverpackungen auch Vorteile für Umwelt und Wirtschaft. So haben die
unabhängigen Institute GVM, Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung in
Wiesbaden, und die „denkstatt“ in Wien in einer Gemeinschaftsstudie die Um-
86
welt- und Kostenauswirkungen berechnet, wenn auf Verpackungen aus Kunststoff
verzichtet werden müsste und diese durch andere Materialien wie Glas, Metall
usw. ersetzt würden. Das Ergebnis ist beeindruckend:
• Das Gewicht der Packmittelmenge würde sich auf das Vierfache erhöhen. Damit
verbunden wären drastische Aufwandssteigerungen sowie höherer Energiever-
brauch beim Transport und Warenumschlag.
• Der Energieverbrauch, ein wichtiger Indikator für die Umweltbelastung, würde
bei Herstellung und Einsatz alternativer Verpackungsmittel auf das 1,5-fache
des jetzigen Bedarfs ansteigen. Ein derartiger Zuwachs bedeutet auch eine
Erhöhung der Treibhausgasemissionen.
• Das Müllvolumen in den Mülltonnen würde auf 160 Prozent ansteigen. Und das
wirkt sich ebenfalls auf die Umwelt aus.
• Und schließlich würde sich dies auch auf die Kosten auswirken, die damit auf
fast das Doppelte steigen.
VERPACKEN OHNE KUNSTSTOFF?
Ökologische und ökonomische Auswirkungen im Überblick
Die Verwendung von Kunststoffverpackungen trägt in erheblichem Umfang zur
Minderung der Abfallmenge, des Energieverbrauchs und der Verpackungskosten
bei. Kunststoffe sind Verpackungskünstler.
87
Kunststoff hat sich als das Material der Wahl erwiesen, wenn es um die Herstel-
lung von kleinen und leichten und vor allem bedarfsgerechten Verpackungen
geht. Der Beutel für die Kartoffelchips wiegt kaum drei Gramm, die Folie für den
Schokoladenriegel gerade ein Gramm. Beides sind technische Spitzenprodukte,
denn z. B. der Beutel für die Chips muss möglichst undurchlässig für Luftsauer-
stoff und Feuchtigkeit sein; bei besonders empfindlichen Waren wird manchmal
die Verpackung mit Stickstoff befüllt. So bleibt der Geschmack lange erhalten und
die Chips zerbröseln nicht schon beim Transport. Für solch eine Verpackung gibt
es keinen Ersatz.
Es gibt noch mehr Beispiele für extrem leichte und dabei zuverlässige Verpackun-
gen. Ihr könnt sie euch selbst im Laden ansehen. Mit weniger als zwei Gramm
Kunststoff können 200 g Käse verpackt werden. In einem solchen Päckchen hat
die Verpackung einen Anteil von noch nicht einmal einem Prozent. Für 200 g Jo-
ghurt reichen 3,5 g Polystyrol, zu dem noch ein Deckel aus Aluminiumfolie kommt.
In sechs Gramm Kunststofffolie findet ein ganzes Kilogramm Sauerkraut Platz.
ANTEIL DER VERPACKUNG BEIM TRANSPORT VON JOGHURT (GEWICHT)
Vergleicht einmal zwei Getränkekästen: einen mit Glas und einen mit Kunststoffflaschen. Wiegt aus, wie viel der Kasten wiegt, wie viel die leeren Flaschen und wie viel die Getränke. Wie hoch ist jeweils der prozentuale Gewichtsanteil des Getränks (also der Ware) am Gesamtgewicht? Überlegt, was der Unterschied für die Umwelt bedeutet, wenn der Lie-ferant immer nur gerade so große Lastwagen einsetzt, wie erforderlich sind.
Tragt eine kleine Sammlung von Kunststoffverpackun-gen zusammen und überlegt für jede, wie eine Verpackung aussehen müsste, die nicht aus Kunststoff besteht. Diskutiert, welche der Möglichkeiten vorteilhafter für die Umwelt wäre.
Verpackung Produkt
Joghurt verpackt in Glas
36,2 % 63,8 %
Joghurt verpackt in Kunststoffbecher
96,5 %
3,5 %
88
13. EIN ZWEITES LEBEN FÜR KUNSTSTOFFE
Irgendwann kommt jedes Produkt an das Ende seines Lebensweges. Dann steht
es zur Verwertung an. Kunststoffe bieten hier gleich drei ganz unterschiedliche
Möglichkeiten:
Werkstoffliches Recycling oder auch werkstoffliche Verwertung ist die me-
chanische Aufbereitung von gebrauchten Kunststoffen direkt wieder zu verarbei-
tungsfähigen Mahlgütern bzw. Rezyklaten. Die chemische Struktur bleibt nahezu
unverändert. Die Altteile werden zerkleinert, gereinigt und nach Sorten getrennt.
Werkstoffliches Recycling ist sinnvoll, wenn die Altteile sauber und sortenrein
vorliegen. Für unsortierte, vermischte Haushaltsabfälle könnten die Aufwendun-
gen für Sortieren und Reinigen sogar den ökologischen Vorteil des Recyclings
zunichte machen, wie Ökobilanzen an den Beispielen von Bauzaunfüßen oder
Palisaden gezeigt haben. Sortenreine und saubere Abfallströme wie zum Beispiel
aus PET-Flaschensammlungen eignen sich für ein werkstoffliches Recycling. So
werden z. B. aus gebrauchten Flaschen wieder neue Flaschen oder Pullover, Müt-
zen und Schals aus Fleece.
Stellt einmal an Joghurtbechern das Verhältnis zwischen Bechergewicht und Gewicht des anhaftenden Joghurts fest. Am besten isst jeder in der Klasse einen Joghurt. Dann wiegt ihr alle leeren Becher. Danach reinigt, trocknet und wiegt ihr sie erneut. Nehmt euch dann eine kleine Sammlung verschie-dener leerer Kunststoffverpackungen vor und seht euch an, was an ihnen haftet und wie unterschiedlich die Verpackun-gen sind.
Die Betrachtung zeigt, dass vor der werkstofflichen Verwertung vermischte und
verschmutzte Kunststoffabfälle sortiert und gereinigt werden müssen. Bei Ver-
packungen wird zunächst sortiert, dann gemahlen und gewaschen, schließlich
oft noch einmal maschinell sortiert. Das Ganze ist aufwändig und es ist leicht zu
verstehen, dass dieser Aufwand kostspielig und oft auch ökologisch nicht vorteil-
haft ist.
Trotz mancher Einschränkungen gibt es viele Beispiele für erfolgreiche werkstoff-
liche Verwertung. Nur sind sie meistens nicht richtig zu sehen, denn die Industrie
bemüht sich, Produkte herzustellen, die von solchen aus Neukunststoffen nicht
zu unterscheiden sind. Schließlich wünschen Kunden und Verbraucher eine hohe
Qualität ihrer Produkte.
89
Die aus der werkstofflichen Verwertung hergestellten Kunststoffrezyklate verwen-
det man zur Fertigung von Kleiderbügeln, Auto-Radhausschalen oder Blumen-
töpfen. Selbst Kunststofffenster könnten vollständig aus PVC-Rezyklat hergestellt
werden, das schon einmal als Fenster gedient hat. Nur wären sie dann ein wenig
grau. Deshalb wird eine feine Deckschicht aus Neuware über das Rezyklat gelegt.
Oder die PVC-Profile werden in modernen Verfahren co-extrudiert, wobei die
Innenschicht aus Rezyklat und die Außenschicht aus Neuware besteht. Eine Be-
sonderheit ist das Recycling von Mischabfällen, da hierbei geringere technische
Anforderungen an den Werkstoff gestellt werden. So entstehen z. B. Lärmschutz-
wälle, Rasengittersteine oder Hangbefestigungen .
Rohstoffliches Recycling oder rohstoffliche Verwertung ist die Spaltung der
Kunststoffe mittels Wärme oder chemischer Reaktion in kleinere Bruchstücke. Die
Produkte sind meist Öle oder Gase, aus denen sich neue Kunststoffe oder andere
Chemierohstoffe herstellen lassen. Das rohstoffliche Recycling ist für vermischte
bzw. verschmutzte Kunststofffraktionen geeignet. Ziel ist dabei die Umwandlung
in niedermolekulare Bestandteile, etwa zur erneuten Polymersynthese oder für
andere Verwendungen in der chemischen Industrie.
Technisch verwirklicht wurden mehrere Verfahrenstypen, von denen in der Praxis
aktuell die Nutzung als Reduktionsmittel im Hochofen zur Stahlerzeugung ange-
wendet wird. Dabei ersetzen Kunststoffabfälle Öl oder Koks, die beide sonst als
Reduktionsmittel eingesetzt werden. Diese Technologie verlangt eine spezielle
Aufbereitung der Abfälle, die in der Praxis aus verschiedenen Strömen gezielt
entnommen werden.
Energetische Verwertung ist die Verbrennung der Kunststoffabfälle in modernen
Müllverbrennungsanlagen bei gleichzeitiger Nutzung der Energie zur Strom- und
Dampferzeugung bzw. zur Bereitstellung von Prozesswärme sowie zur Nutzung
als Ersatzbrennstoff in Zementwerken oder modernen Kraftwerken. Die energe-
tische Verwertung ist besonders für vermischte und verschmutzte Kunststoffab-
fall-Fraktionen geeignet.
90
Vergleicht einmal die Heizwerte der verschiedenen Kunststoffsorten mit denen herkömmlicher Brennstoffe. Überlegt auch, warum Kunststoffe einen so hohen Heizwert haben.
HEIZWERTE VERSCHIEDENER MATERIALIEN (CA.-ANGABEN)
Polystyrol ..................................................................................................... 46.000 kJ/kg
Polyethylen .................................................................................................. 46.000 kJ/kg
Polypropylen ............................................................................................... 44.000 kJ/kg
Heizöl ............................................................................................................ 44.000 kJ/kg
Fette .............................................................................................................. 35.000 kJ/kg
Erdgas ........................................................................................................... 34.000 kJ/kg
Steinkohle .................................................................................................... 29.000 kJ/kg
Braunkohlebriketts ..................................................................................... 20.000 kJ/kg
Leder ............................................................................................................. 18.000 kJ/kg
Polyvinylchlorid ........................................................................................... 18.000 kJ/kg
Papier ........................................................................................................... 16.000 kJ/kg
Holz ............................................................................................................... 16.000 kJ/kg
In Sachen Verwertung ist Deutschland ein Musterknabe: 2016 wurden in Deutsch-
land 99 Prozent der Kunststoffabfälle verwertet – etwa 60 Prozent energetisch
und rund 39 Prozent stofflich. Die Verwertung von Abfällen ist in einer ganzen
Reihe von Gesetzen und Verordnungen geregelt. Die größte Bedeutung hat dabei
das Kreislaufwirtschaftsgesetz mit seinen untergesetzlichen Regelwerken für Pro-
dukte aus den Bereichen Verpackung, Automobil und Elektro. Dort ist festgelegt:
Abfälle sind in erster Linie zu vermeiden, in zweiter Linie stofflich oder energetisch
zu verwerten. Wenn all das nicht möglich ist, sind sie ordnungsgemäß zu beseiti-
gen. Bei der Verwertung soll die umweltgerechtere Lösung Vorrang haben, soweit
dies technisch möglich und ökonomisch zumutbar ist. Somit sind die Kriterien der
Nachhaltigkeit auch bei einer optimierten Abfallentsorgung zu beachten.
91
SONDERFALL: BIOLOGISCH ABBAUBARE KUNSTSTOFFE
Seit einigen Jahren sind biologisch abbaubare Kunststoffe am Markt verfügbar.
Ihr Einsatz ist besonders dann interessant, wenn diese Abbaubarkeit einen spe-
ziellen Nutzen hat. Dies gilt z. B. für Blumen töpfe, die im Boden zu Biomasse
verstoffwechselt werden, Mulchfolien, die untergepflügt werden oder Biomüll-
beutel, die zusammen mit Bioabfall entsorgt werden können. Abbaubare Mulch-
folien fördern das Pflanzenwachstum und haben außerdem eine positive Wirkung
bei der Unkrautbekämpfung. Kompostierbare Küchenabfallbeutel vereinfachen
die Handhabung bei der Bioabfallsammlung und sorgen für Hygienesicherheit.
Die biologische Abbaubarkeit hängt nicht von der Rohstoffbasis ab, sondern von
den technischen Bedingungen der Abbaubarkeit. Deshalb sind nicht automatisch
Kunststoffe auf der Basis nachwachsender Rohstoffe auch biologisch abbau-
bar. Beispiele sind verzweigte Peptide oder modifizierte Zellulose. Umgekehrt
können bestimmte fossil basierte Polymere wie etwa sogenannte aliphatische
Polyester durchaus biologisch abgebaut werden. Bei der biologischen Abbau-
barkeit müssen die Polymere biologischen Abbaumechanismen zugänglich sein.
Deshalb ist der strukturelle Molekülaufbau entscheidend. Voraussetzung für den
biologischen Abbau ist das Vorhandensein von Bakterien, Nährstoffen sowie der
richtigen Temperatur und Feuchtigkeit. Die durch die Stoffwechselvorgänge ent-
stehenden Produkte sind insbesondere Wasser, Kohlendioxid und Biomasse, im
Falle des anaeroben Abbaus auch Methan.
92
Grundsätzlich ist weder die biologische Abbaubarkeit noch die biologische Roh-
stoff basis Synonym für besondere Umweltvorteile. Erst durch ganzheitliche
Detail betrachtungen wie z. B. mithilfe einer Ökobilanz können zuverlässige Aus-
sagen über das Umweltverhalten eines Stoffes getroffen werden. Abbaubar-
keit löst auch nicht das Problem des sog. »Littering«, also der Vermüllung in der
Landschaft. Ohne die oben genannten Bedingungen der Abbaubarkeit, wie sie
üblicherweise in einer Kompostanlage vorherrschen, können diese Kunststoffe
in der freien Landschaft nicht verrotten. Abbaubare Kunststoffe verschärfen das
»Littering«- Problem sogar noch, wenn der Verbraucher solche Produkte achtlos
wegwirft, weil er auf ihre biologische Abbaubarkeit vertraut. Deshalb ist es so
wichtig, dass Abfälle einer geordneten Sammlung und Verwertung zugeführt
werden.
Untersucht die Abfallsammlungen in eurer Schule: Wie viele Gelbe Säcke/Tonnen gibt es? Wie viele Restmüll-tonnen usw.? Erfragt, was anschließend mit den Samm - lungen geschieht.
93
BILDNACHWEIS
Umschlag: Fotostudio Wilms, Hohenstein
Seite 2: shutterstock.com
Seite 4/5: Volker Krieger, Hamburg,
Seite 5: shutterstock.com
Seite 6: google maps
Seite 8: shutterstock.com
Seite 11: shutterstock.com
Seite 12: (unten) Bildarchiv Preußischer Kulturbesitz,
Berlin, (oben) Institut für Makromolekulare Chemie,
Freiburg
Seite 13: Hoechst AG, Frankfurt
Seite 14/15: Fotostudio Wilms, Hohenstein
Seite 16: shutterstock.com
Seite 17: (oben) Fotostudio Wilms, Hohenstein
Seite 17: (unten) shutterstock.com
Seite 18/19: shutterstock.com
Seite 21: (oben) Kautex Textron GmbH & Co. KG, Bonn
Seite 21: Volvo Group Trucks Central Europe GmbH,
Ismaning
Seite 22: shutterstock.com
Seite 23/24/25: Eberhard Theophel, Gießen
Seite 25: (unten) shutterstock.com
Seite 26: shutterstock.com
Seite 27/28: Eberhard Theophel, Gießen
Seite 32/33: shutterstock.com
Seite 34: shutterstock.com
Seite 38: BASF SE, Ludwigshafen
Seite 39: shutterstock.com
Seite 40: Thomas & Thomas Design, Heidesheim
Seite 41: Eberhard Theophel, Gießen
Seite 47: (oben und unten) BASF SE, Ludwigshafen
Seite 47: (Mitte) Bildagentur Mauritius, Frankfurt
Seite 48/49: Eberhard Theophel, Gießen
Seite 50: Tom Ring, Ravensburg
Seite 51: Eberhard Theophel, Gießen
Seite 52/53: Fotostudio Wilms, Hohenstein
Seite 53: shutterstock.com
Seite 54: shutterstock.com
Seite 57: Fotostudio Wilms, Hohenstein
Seite 58: shutterstock.com
Seite 60: (oben links) shutterstock.com
Seite 60: (oben) Arburg GmbH, Loßburg
Seite 61: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH,
Hannover
Seite 62: (oben links shutterstock.com
Seite 62: (Mitte) Krupp-Kautex Maschinenbau GmbH,
Bonn
Seite 63: zündung GmbH Werbeagentur,
Frankfurt am Main
Seite 63: (unten) Fotostudio Wilms, Hohenstein
Seite 69: shutterstock.com
Seite 72/73: shutterstock.com
Seite 74: shutterstock.com
Seite 77: shutterstock.com
Seite 79: shutterstock.com
Seite 81: Verband Deutscher Sporttaucher e.V (VDST),
Offenbach
Seite 82: Wolf Wichmann, Pinneberg
Seite 83: shutterstock.com
Seite 84: shutterstock.com
Seite 85: shutterstock.com
Seite 87: The Lorenz Bahlsen Snack-World
GmbH & Co. KG Germany, Neu-Isenburg
Seite 89: shutterstock.com
Seit 92: shutterstock.com
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IMPRESSUM:
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